Новое исследование направлено на остановку вирусной "сборочной линии"

Под электронным микроскопом коронавирус может напоминать колючего морского ежа или иметь короновидную форму (от которой и получил своё название). Ранее известные как вторая по значимости причина простуды у людей и как возбудители экономически важных болезней домашних животных, новая форма заболевания резко стала проблемой общественного здравоохранения в 2002 году с появлением в Азии вируса SARS-CoV.

Быстрое распространение вируса вызвало значительные социальные и экономические потрясения по всему миру, заразив более 8000 человек и убив около 10% из них. Хотя SARS-CoV был взят под контроль, эта внезапная вспышка подчеркнула угрозу коронавирусов и стимулировала новые исследования их внутренних механизмов.

Бренда Хог и её коллеги из Института Biodesign Университета Аризоны изучают сложный процесс формирования этих вирусов — вирусную сборку. Исследование может предложить новые идеи для создания противовирусных агентов, способных нарушить сборку жизнеспособных инфекционных частиц коронавирусов, таких как SARS. Такие стратегии могут оказаться применимы и к другим классам вирусов.

Работа группы недавно была опубликована в Journal of Virology.

Вирусы принципиально отличаются от бактерий, так как структурно примитивны и не могут размножаться самостоятельно. Они состоят из генетической информации (ДНК или РНК), заключённой в белковую оболочку, и существуют в серой зоне между живыми и неживыми объектами.

Для репликации вирус должен захватить механизмы инфицированной клетки-хозяина. Тем не менее, вирусы эволюционировали, чтобы быть высокоэффективными в таком "размножении по доверенности", и могут заражать практически все типы организмов. Вирусы — самые многочисленные паразитические захватчики на Земле.

"Коронавирусы — очень большое семейство РНК-вирусов, — говорит Хог. — Они заражают людей и широкий круг животных". В то время как у людей инфекция обычно вызывает респираторные симптомы, у животных такие вирусы могут вызывать серьёзные проблемы, от неврологических недугов до иммуносупрессивных эффектов.

В исследовании, опубликованном в Journal of Virology, группа Хог детально изучила один из основных белков коронавируса, критически важный для процесса сборки патогена. Это M-белок (мембранный), один из четырёх белков (наряду с S, N и E), необходимых для создания полностью собранной вирусной частицы, способной заразить хозяина.

• M-белок составляет основу внешней оболочки (или envelope) вируса, образуя решётку, которая окружает и защищает вирусный геном.
• S-белок (шиповидный) критически важен для прикрепления коронавируса к рецепторам клетки-хозяина.
• N-белок (нуклеокапсидный) упаковывает геномную РНК.
• E-белок (белок оболочки) — наименее многочисленный, но играет центральную роль в сборке вируса и, по-видимому, участвует в "выпуске" новособранных вирионов из клетки.

Группа хотела определить требования к функционированию M-белка во время сборки вирусной оболочки. Для этого создавались генетически модифицированные мутантные версии коронавирусов с разной степенью жизнеспособности. Многие манипуляции были сосредоточены на консервативных доменах в геноме, кодирующих определённые структурные и/или функциональные области M-белка. Эти домены, как правило, участвуют в функциях, необходимых для формирования, выживания или репликации вируса, что делает их привлекательной мишенью для терапевтических усилий.

Патогены, такие как SARS-CoV (наряду с гепатитом C и гриппом), используют РНК в качестве генетического материала. Такие РНК-вирусы, как правило, мутируют быстрее, чем ДНК-вирусы, и могут приобретать изменения, позволяющие им переходить от одного вида к другому. Именно это, по-видимому, лежало в основе вспышки SARS.

"Мы считаем, что резервуаром для этого вируса являются летучие мыши, — говорит Хог. — SARS-CoV затем смог заразить вторичного хозяина, которым, как полагают, стала цивета". Контакт с заражёнными циветами на рынках мог вызвать первые случаи заболевания людей, которое затем быстро распространилось от человека к человеку.

Вирусы-респираторные патогены, включая SARS, легко передаются от человека к человеку через аэрозольные капли или через поверхности. После передачи вирионы инициируют инфекционный процесс в несколько этапов: связывание с рецепторами клетки, проникновение в клетку (слияние мембран или эндоцитоз) и начало цикла репликации.

Хог подчёркивает важность in silico анализа для скрининга больших библиотек белков и идентификации консервативных и неконсервативных регионов, что значительно ускоряет темпы открытий. "Чем больше мы узнаём об этих конкретных областях белков, критически важных для процесса сборки, — говорит она, — тем вероятнее, что мы сможем разработать молекулы, способные вмешаться в этот процесс".

В то время как некоторые изменения консервативных доменов в M-белке оказались летальными для коронавирусов, другие нарушали вирусную сборку, не останавливая её полностью, часто вызывая компенсаторные усилия со стороны вируса (известные как изменения второго сайта), которые могут дать представление о его адаптивных возможностях. В ближайший год Хог планирует изучить нелетальные изменения с помощью крио-ЭМ высокого разрешения, чтобы определить, как изменения конкретных доменов влияют на общую структуру коронавируса.

Кроме того, группа Хог внимательно изучает малоисследованный E-белок. "Одна из причин, по которой мы этим взволнованы, заключается в том, что ряд оболочечных вирусов, включая гепатит C, грипп и другие, имеющих реальное медицинское значение, имеют небольшие ионные канальные белки, — говорит Хог. — Если мы сможем разработать способы нацеливания и уничтожения ионно-канальной активности этих белков, мы сможем обезвредить эти вирусы и предотвратить или уменьшить инфекции".