Ученые исследуют способы усиления защиты клеточной мембраны от COVID-19

Клеточная мембрана — первая линия защиты клетки от SARS-CoV-2, коронавируса, вызывающего COVID-19.

Исследователи из Virginia Tech и Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США используют рассеяние нейтронов, чтобы изучить, как клеточная мембрана и вирус влияют друг на друга, и какие терапевтические кандидаты могут повысить устойчивость мембраны к проникновению вируса.

"Разработка методов лечения, препятствующих процессу вирусной инфекции, может помочь снизить тяжесть заболевания COVID-19", — сказал Джон Катсарас, биофизик ORNL.

Фокус на мембране

Коронавирус захватывает клетки с помощью шиповидных белков (спайк-белков), которые помогают слить вирусную и клеточную мембраны. После слияния вирус проникает в клетку.

"Мы хотим понять, как спайк-белок взаимодействует с мембраной и какие методы лечения могут блокировать это взаимодействие, воздействуя на свойства самой мембраны", — сказала Рана Ашкар, доцент Virginia Tech, ведущая исследование.

Ученые стремятся установить молекулярное понимание свойств мембраны, позволяющих вирусному проникновению, и того, какие её модификации могут подавить инфекционный процесс.

Нейтронное зондирование

Команда использует рефлектометр LIQREF на источнике нейтронов SNS в ORNL для изучения структуры мембран, вирусных спайк-белков и эффектов терапевтических кандидатов. Этот метод позволяет исследовать организацию образца на молекулярном уровне.

Нейтроны способны зондировать биологические материалы с высоким разрешением, не повреждая их. Кроме того, они могут различать водород и его изотопы, такие как дейтерий.

"Избирательно заменяя атомы водорода в образцах мембран на атомы дейтерия, мы можем усиливать одни аспекты и скрывать другие", — пояснила Ашкар.

Создание молекулярной картины

Эксперименты проводились на модели мембраны, близкой по форме и составу к мембранам клеток легких человека. Сначала команда охарактеризовала исходную структуру мембраны, а затем измерила, как её свойства меняются под воздействием мелатонина или азитромицина — доступных продуктов, исследуемых как возможные средства для смягчения симптомов COVID-19.

Предварительные результаты показывают, что мембраны упаковываются плотнее при введении мелатонина или азитромицина. Это изменение потенциально может затруднить проникновение вирусных спайк-белков.

Далее команда включит вирусные спайк-белки в образцы мембран и проанализирует их взаимодействие, а затем проверит, нарушаются ли эти взаимодействия в присутствии терапевтических кандидатов.

В будущем эти методы могут быть использованы для создания платформы быстрого и систематического скрининга различных методов лечения для борьбы как с текущей пандемией, так и с другими вирусными респираторными угрозами.