Новое исследование ставит целью остановить процесс сборки вирусов
Если рассматривать коронавирус под электронным микроскопом, он напоминает колючего морского ежа или подобие короны (свое название данное семейство болезнетворных микроорганизмов получило именно благодаря такой форме). Ранее этот вирус считался одной из основных причин простуды у людей и экономически важной болезни многих одомашненных животных. В 2002 году в Азии появился коронавирус атипичной пневмонии, вызвав беспокойство общественного здравоохранения.
Быстрое распространение этого вируса вызвало значительные социально-экономические проблемы во всем мире, насчитывая более 8000 человек с тяжелым острым респираторным синдромом (ТОРС) или атипичной пневмонией, в 10 % случаев с летальным исходом. В то время, как решительные меры сотрудников здравоохранения помогали сдерживать распространение коронавируса атипичной пневмонии, неожиданное бедствие подчеркнуло угрозу, которую представляли коронавирусы, и побудило ученых приступить к новому исследованию механизма действия данных болезнетворных микроорганизмов.
Бренда Хог со своими коллегами из Института Биодизайна при Аризонском государственном университете сейчас изучают сложный процесс формирования (сборки) этих вирусов. Исследование позволит по-новому взглянуть на сущность данного процесса, и даст толчок к производству противовирусных средств нового поколения, которые смогут влиять на способность коронавирусов, таких как возбудители ТОРС, собирать жизнеспособные инфекционные частицы. Такой подход также можно будет применить в отношении других классов вирусов.
Работа данной группы была недавно опубликована в Journal of Virology (Журнал Вирусологии).
Вирусы существенно отличаются от других распространенных микроскопических болезнетворных микроорганизмов, таких как бактерии, потому что вирусы структурно примитивны и не способны самостоятельно воспроизводиться. Вирусы состоят из генетической информации (ДНК или РНК) в белковой оболочке. Они существуют в «призрачной зоне» между живыми и неживыми организмами.
Для того, чтобы вирус мог воспроизводиться, он должен внедриться в структуру клетки-хозяина, которую он заразил. Однако, вирусы хорошо развили способность воспроизводства «через поверенного», и фактически могут заражать все типы организмов, от животных и растений до бактерий и даже архей. Вирусы — с миллионами существующих форм — бесспорно, являются самыми многочисленными (и успешными) паразитами-захватчиками на земле.
«Коронавирусы представляют собой большое семейство вирусов РНК. Они заражают людей и многочисленных животных. Если у людей симптомы после заражения коронавирусами чаще всего имеют респираторные проявления, то у животных эти вирусы могут вызывать широкий спектр серьезных проблем, от неврологических заболеваний до иммуносупрессивного эффекта. Различные коронавирусы вызывают у людей простуду, однако, одновременное проявление симптомов респираторных заболеваний верхних и нижних дыхательных путей и осложнений желудочно-кишечного тракта у пациентов с ТОРС — явление необычное», говорит Хог.
В исследовании, опубликованном в Journal of Virology, Хог со своей командой подробно изучили один из главных белков, обнаруженный в коронавирусах, который является решающим в процессе сборки болезнетворных микроорганизмов. Известный как М, это один из четырех белков, в дополнение к S, N и E, необходимый для производства готовой вирусной частицы, способной к инфицированию хозяина.
Мембранный белок (M) производит основу каркаса или внешней оболочки вируса, формируя решетку, которая окружает и защищает вирусный геном. Спайковый (отростчатый) белок (S) — названный так вследствие его схожести с шипами или короной при рассмотрении под электронным микроскопом, позволяет коронавирусам присоединиться к рецепторам клетки-хозяина, до момента проникновения вируса в эту клетку. Нуклеокапсидный белок (N) заключает геномную РНК в белковую оболочку. Оболочка или белок E — самый малочисленный белок, который играет центральную роль в сборке вирусов. Кроме принятия участия в сборке вирусов, белок E, по всей видимости, также вовлечен в процесс транспортировки вновь собранных вирионов из клетки, позволяя данным вирусным частицам отпочковаться и заразить другие клетки-хозяева, в ходе быстрорастущего процесса инфицирования вирусами.
Исследовательская группа хотела определить условия, необходимые для функционирования белка М в процессе сборки вирусной оболочки. С этой целью, коронавирусы были генетически изменены, и на их основе были сформированы мутирующие виды, проявляющие различную степень жизнеспособности. Основная часть изменений коснулась доменов вирусного генома при кодировании особого структурного и/или функционального домена белка М. Сохраненные домены, в свойственном для них виде, содержат генетические последовательности или фрагменты, которые имеют тенденцию к повторению в ряде различных вирусов или в пределах определенного вирусного типа, подобно тому, как крылатые фразы повторяются в разных книгах. Эти сохраненные домены вовлечены в процессы, необходимые для формирования, выживания и воспроизводства вирусов, делая их важной мишенью для терапевтического воздействия, направленного на срыв процесса сборки вирусов.
Вирусные болезнетворные микроорганизмы, такие как коронавирусы атипичной пневмонии (наряду с гепатитом C и гриппом), используют в качестве генетического материала РНК вместо ДНК. Как правило, такие вирусы РНК мутируют быстрее, чем вирусы ДНК, вызывая значительные трудности для вирусологов, которые пытаются с ними бороться. Они также могут видоизменяться, что позволяет им переходить из одного биологического вида в другой. Похоже, аналогичный механизм действия лежит в основе вспышки ТОРС.
«Мы полагаем, что источником этого вируса являются летучие мыши, поскольку большое количество вирусов, вызывающих ТОРС, локализуется среди популяций летучих мышей во всем мире», — говорит Хог. Впоследствии, вирус атипичной пневмонии заразил другой вид животных — африканскую циветту — похожую на мангуста и обитающую в Азии, которую иногда используют в пищу, особенно в Китае, откуда и пошла вспышка ТОРС. Контакт с зараженными циветтами на открытом рынке, возможно, вызвал первые случаи заболевания ТОРС среди людей, который затем быстро распространился от человек к человеку, из провинций Гуандун в Китае в 37 других стран.
Вирусы, которые провоцируют респираторные заболевания, включая ТОРС, легко передаются от человека к человеку воздушно-капельным путем, при кашле или чихании. Вирионы могут также долгое время сохраняться на поверхностях, с которыми соприкасается человек-носитель инфекции. После передачи, вирионы приступают к процессу инфицирования клеток-хозяев, который происходит в нескольких важных этапов.
В начале, вирусные белки, расположенные на внешней оболочке вируса, прикрепляются к специфическим рецепторам на поверхности клетки-хозяина. Затем, вирионы проникают в клетку, либо путем соединения с мембраной клеток-хозяев, либо посредством процесса эндоцитоза, при котором клетка-хозяин заключает вирион в связанные с мембраной пузырьки. Теперь вирион может начинать свой репликативный цикл, передавая присущий ему генетический материал в клетку. Вирусный геном кодирует гены так, чтобы при экспрессии выпустить белковые компоненты, необходимые для сборки новых вирусных частиц.
Хог подчеркивает важность компьютерного моделирования, при котором в ходе анализа можно проводить скрининг большой библиотеки белков, с целью определения сохраненных и несохраненных областей белка, тем самым заметно ускоряя ход исследования. «Чем больше мы узнаем о таких специфических областях белков, чрезвычайно важных в процессе сборки, тем больше вероятности, что мы сможем спроектировать молекулы, способные вмешиваться в этот процесс».
В то время, как некоторые сохраненные альтерации доменов белка М оказались для коронавирусов смертельными, другие подорвали процесс сборки вирусов, нарушив его частично, что является частой причиной компенсирующих усилий со стороны данного вируса (под названием супрессорные мутации), которые могут помочь понять адаптивные способности этого вируса. В наступающем году Хог планирует исследовать изменения, не несущие смертельного исхода, рассмотрев мутирующие вирусы с помощью крио-электронного микроскопа с высоким разрешением, чтобы определить, как альтерации определенных доменов полностью повреждают структуру коронавирусов.
Дополнительно, в настоящее время группа Хог тщательно исследует оболочку или белок E, представленные в меньшем количестве. «Одна из причин, вызвавших наш интерес, состоит в том, что многие вирусы в белковой оболочке, включая гепатит C, грипп и другие значимые в медицины вирусы, обладают маленькими белками с ионным каналом. Если мы разработаем способы, как обнаружить и подорвать деятельность белков с ионным каналом, мы сможем обезвредить эти вирусы, а также предотвратить или сократить инфицирование ими», — говорит Хог.
Источник: medicaldaily.com
Перевод: Vitaminov.net
