Под супермикроскопом: как вирусы гриппа взаимодействуют с клетками

Вирусы гриппа — одни из наиболее вероятных триггеров будущих пандемий. Исследовательская группа из Центра исследования инфекций имени Гельмгольца (HZI) и Университетского медицинского центра Фрайбурга разработала метод, позволяющий изучать взаимодействие вирусов с клетками хозяина в беспрецедентных деталях.

С помощью своей новой разработки они также проанализировали, как новые вирусы гриппа используют альтернативные рецепторы для проникновения в клетки-мишени.

Результаты опубликованы в двух статьях в журнале Nature Communications.

Вирусы не имеют собственного метаболизма и поэтому должны инфицировать клетки хозяина для репликации. Контакт вируса с поверхностью клетки — это решающий первый шаг, который также может предотвратить инфекцию, если проникновение в клетки заблокировано.

«Взаимодействие с клеткой-хозяином для вирусов гриппа динамично и преходяще. Кроме того, связанные с ним процессы происходят в наномасштабе, что требует микроскопов сверхвысокого разрешения для более точного исследования. С помощью традиционных подходов поэтому не удавалось изучить этот важный первый контакт подробнее», — объясняет профессор Кристиан Зибен, глава младшей исследовательской группы «Наноинфекционная биология» в HZI.

В сотрудничестве с отделом «Химическая биология» профессора Марка Бронструпа в HZI его команда разработала универсальный протокол для исследования того, как вирусы взаимодействуют с клетками хозяина.

Для этого ученые иммобилизовали вирусы по отдельности на стеклянных поверхностях для микроскопии. Затем сверху высевали клетки. В обычных экспериментах вирусы добавляют поверх уже высеянных клеток.

«Преимущество нашей "перевернутой" экспериментальной установки в том, что вирусы взаимодействуют с клетками, но не проникают в них — критический момент первоначального контакта с клеткой таким образом стабилизируется и может быть проанализирован», — говорит Зибен.

На примере сезонного вируса гриппа A исследователи с помощью микроскопии высокого и сверхвысокого разрешения показали, что контакт вируса с поверхностью клетки запускает каскад клеточных реакций.

Сначала клеточные рецепторы накапливаются локально в месте связывания вируса. Это связано с тем, что рецепторы движутся через клеточную мембрану медленнее вблизи места связывания и поэтому локально более многочисленны. Впоследствии рекрутируются специфические клеточные белки и, наконец, происходит динамическая реорганизация актинового цитоскелета.

Однако исследователи применили свой метод не только к устоявшейся модели гриппа A, но и к новому штамму гриппа животного происхождения: вирусу H18N11, который обнаруживается у летучих мышей в Центральной и Южной Америке. В отличие от большинства вирусов гриппа, которые для заражения связываются с гликанами (т.е. углеводными цепями на поверхности клетки), у вируса H18N11 другая мишень.

«Этот вирус связывается с комплексами MHC класса II — белковыми рецепторами, которые обычно встречаются на определенных иммунных клетках», — говорит доктор Петер Ройтер, руководитель исследовательской группы из Института вирусологии Университетского медицинского центра Фрайбурга. Он изучает проникновение в клетку вирусов гриппа A, происходящих от летучих мышей.

С помощью отслеживания одиночных молекул исследователи впервые смогли показать, что молекулы MHCII специфически кластеризуются на поверхности клетки при контакте с вирусом — процесс, необходимый для проникновения вируса в клетку.

Таким образом, команды из Брауншвейга и Фрайбурга охарактеризовали новую модель инфекции гриппа A: связывание с MHCII в качестве альтернативного рецептора и связанную с этим динамическую реорганизацию поверхности клетки.

«Тот факт, что вирусы гриппа связываются не исключительно с клеточными гликанами, открывает новые перспективы для исследования этих патогенов», — говорит Ройтер. «Особенно в свете их зоонозного потенциала крайне важно лучше понять эти альтернативные рецепторы».

Этап связывания вируса с клеткой также является фокусом проекта ЕС COMBINE, который стартовал в начале 2025 года и координируется исследователем HZI Зибеном.

В рамках COMBINE ученые из пяти европейских стран исследуют процесс проникновения вновь возникающих вирусов, особенно тех, что обладают пандемическим потенциалом.

«Этот процесс является потенциальной мишенью для противовирусной терапии. Методология, которую мы разработали для исследования процесса проникновения вируса, может быть применена ко многим другим вирусам», — говорит Зибен.

Новые результаты не только дают детальное представление о биологии вирусов гриппа. Они также предоставляют методологическую основу для более целенаправленного исследования механизмов проникновения потенциальных пандемических патогенов и, следовательно, для выявления новых мишеней для противовирусной терапии.