Блокировка ключевого взаимодействия предотвращает проникновение вируса в клетки

Исследователи из Университета штата Вашингтон обнаружили способ модулировать распространённый вирусный белок, чтобы предотвратить проникновение вирусов в клетки, где они могут вызывать заболевание. Это открытие может в будущем привести к созданию новых противовирусных методов лечения.

В фундаментальном исследовании, опубликованном в журнале Nanoscale, учёным из Школы машиностроения и материаловедения и Департамента ветеринарной микробиологии и патологии удалось обнаружить и заблокировать важное взаимодействие на молекулярном уровне, которое позволяет вирусу герпеса проникать в клетки.

«Вирусы очень умны. Весь процесс вторжения в клетки очень сложен, и в нём происходит множество взаимодействий. Не все взаимодействия одинаково важны — большинство из них может быть просто фоновым шумом, но есть некоторые критические взаимодействия», — сказал Цзинь Лю, автор-корреспондент статьи и профессор Школы машиностроения и материаловедения.

В своей работе исследователи изучали «фузионный» белок, который вирусы герпеса используют для слияния с клетками и проникновения в них, вызывая множество заболеваний. Учёные плохо понимают, как именно этот сложный белок раскрывается и вторгается в клетки, что отчасти объясняет отсутствие вакцин против этих распространённых типов вирусов.

Используя искусственный интеллект и симуляции на молекулярном уровне, профессора Прашанта Дутта и Цзинь Лю просеяли тысячи возможных взаимодействий, чтобы найти важную аминокислоту, которая играет ключевую роль в проникновении вредоносных вирусов в клетки. Они разработали алгоритм для изучения тысяч взаимодействий между аминокислотами — строительными блоками белка. Затем они создали метод машинного обучения, чтобы дифференцировать взаимодействия и определить наиболее важные из них.

Под руководством Энтони Николы из Департамента ветеринарной микробиологии и патологии исследователи внесли мутацию в одну из важных аминокислот и обнаружили, что это значительно блокирует успешность слияния вируса. Вирус герпеса не смог проникнуть в клетки.

Симуляции и машинное обучение были критически важны для проведения экспериментов, поскольку тестирование всего одного взаимодействия экспериментальным путём могло занять несколько месяцев.

«Это было всего одно взаимодействие из тысяч. Если бы мы не проводили симуляции, а делали эту работу методом проб и ошибок, на поиск могли бы уйти годы. Сочетание теоретической вычислительной работы с экспериментами очень эффективно и может ускорить обнаружение этих важных биологических взаимодействий», — сказал Лю.

Хотя исследователи знают, что это взаимодействие важно, у них всё ещё нет полной картины того, как именно структура более крупного белка изменяется при внесённой мутации. Они надеются в дальнейшем использовать симуляции и машинное обучение, чтобы получить более полное представление о поведении всего белка.

«Существует разрыв между тем, что видят экспериментаторы, и тем, что мы можем увидеть в симуляции. Следующий шаг — понять, как это небольшое взаимодействие влияет на структурные изменения в более крупных масштабах. Это также очень сложная задача для нас», — сказал Лю.

Помимо Лю, Дутты и Николы, в проекте участвовали аспиранты Райан Одстрчил, Альбина Макио и МакКенна Халл.