Успешно смоделировано формирование коронавируса
Физик из Калифорнийского университета в Риверсайде и её бывшая аспирантка впервые успешно смоделировали формирование SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19.
В статье, опубликованной в журнале Viruses, Роя Занди, профессор физики и астрономии, и Сюй Ли, постдокторант лаборатории Songshan Lake Materials в Китае, предлагают общее понимание сборки и формирования SARS-CoV-2 из его составных компонентов.
«Понимание сборки вируса всегда было ключевым шагом на пути к терапевтическим стратегиям», — сказала Занди. — «Многочисленные эксперименты и моделирование таких вирусов, как ВИЧ и вирус гепатита B, оказали значительное влияние на выяснение их сборки и предоставление средств для борьбы с ними. Даже самые простые вопросы, касающиеся формирования SARS-CoV-2, остаются без ответа».
Критическим этапом в жизненном цикле любого вируса является упаковка его генома в новые вирионы или вирусные частицы. Это особенно сложная задача для коронавирусов, таких как SARS-CoV-2, с их очень большими РНК-геномами. Действительно, коронавирусы имеют самый большой известный геном среди вирусов, использующих РНК в качестве генетического материала.
SARS-CoV-2 имеет четыре структурных белка: оболочки (E), мембраны (M), нуклеокапсида (N) и шипа (S). Структурные белки M, E и N необходимы для сборки и формирования вирусной оболочки — самого внешнего слоя вируса, который защищает его и помогает проникновению в клетки хозяина. Этот процесс происходит на мембране промежуточного компартмента эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи (ERGIC), сложной мембранной системы, которая обеспечивает коронавирусу его липидную оболочку. Сборка коронавирусов уникальна по сравнению со многими другими вирусами, так как этот процесс происходит на мембране ERGIC.
Большинство вычислительных исследований на сегодняшний день используют крупнозернистые модели, где для имитации вирусных компонентов используются только детали, актуальные в больших масштабах длины. На протяжении многих лет эти модели объяснили несколько процессов сборки вирусов, приведя к важным открытиям.
«В этой статье, используя крупнозернистые модели, мы смогли успешно смоделировать формирование SARS-CoV-2: белки N конденсируют РНК с образованием компактного RNP-комплекса, который взаимодействует с белками M, встроенными в липидную мембрану», — сказала Занди.
Она добавила, что «отпочкование» (budding), когда часть мембраны начинает изгибаться, завершает формирование вируса. Разработанная Занди и Ли модель позволила им исследовать механизмы олигомеризации белков, конденсации РНК структурными белками и взаимодействия клеточной мембраны с белками. Она также позволила предсказать факторы, контролирующие сборку вируса.
«Наша работа раскрывает ключевые компоненты, способствующие упаковке длинного генома SARS-CoV-2», — сказал Ли. — «Экспериментальные исследования, касающиеся конкретной роли каждого из нескольких структурных белков, участвующих в формировании вирусных частиц, множатся, но многие детали остаются неясными».
По словам Занди, представленные в исследовании идеи и сравнение результатов с экспериментальными наблюдениями могут прояснить некоторые из этих деталей и помочь в разработке эффективных противовирусных препаратов для остановки коронавирусов на стадии сборки.
«Физические аспекты сборки коронавируса, изученные в нашей модели, представляют интерес не только для физиков, начинающих применять физические методы к изучению оболочечных вирусов, но и для вирусологов, пытающихся определить ключевые белковые взаимодействия в сборке и отпочковании вируса», — сказала она. — «Теперь мы лучше понимаем, какие взаимодействия важны для упаковки генома и формирования вируса. Это первый раз, когда нам удалось точно настроить взаимодействие между геномом и белками и одновременно получить конденсацию генома и сборку».
Название статьи: «Биофизическое моделирование сборки SARS-CoV-2: конденсация генома и отпочкование».