Учёные исследуют механические свойства оболочек вирусов

Геном вирусов обычно заключён в оболочку — капсид. Капсиды обладают уникальными механическими свойствами: они должны быть прочными, но при этом способными растворяться, чтобы высвободить геном в заражённой клетке. Учёные Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Триесте координировали исследование механических свойств вирусов, которое значительно углубило понимание их природы и позволило строить предположения о поведении малоизученных вирусов.

Вирусы подобны сосудам, несущим активный компонент — генетический материал. Этот «сосуд» (капсид или вектор) — оболочка, которая меняет форму при проникновении в клетку и может даже разрушаться на части. Исследовательская группа, включающая Гвидо Поллеса и Кристиана Микелетти из SISSA, использовала компьютерное моделирование и теоретические модели, чтобы понять, как этот «сосуд» реагирует на термические и механические воздействия. Так они определили слабые места капсидов и выяснили процесс их спонтанной сборки.

Каждая оболочка состоит из множества белковых «плиток», которые самопроизвольно соединяются, как детали Lego. Капсид может состоять из сотен таких субъединиц, но каждая «плитка» содержит ограниченное число белков. Края плиток — это «слабые» линии, вдоль которых происходит деформация всей структуры и по которым оболочка разрушается при разрыве. Для некоторых типов вирусов были проведены экспериментальные наблюдения, чтобы понять внутреннюю динамику вектора (деформацию) и форму отдельных плиток (обычно довольно правильную — пятиугольники, шестиугольники, треугольники). Микелетти и его коллеги создали виртуальную модель, которую, в принципе, можно применить к любому вирусу с известной структурой.

«Исходя из доступной информации о молекулярной структуре капсида, мы попытались слегка «потрепать» его, чтобы увидеть, как он меняет форму. Моделируя тепловые флуктуации (проще говоря, виртуально нагревая и затем охлаждая его), мы наблюдали, вдоль каких линий оболочка деформируется. Весьма вероятно, что эти же линии являются и местами, где капсид будет стремиться разрушиться», — пояснили Поллес и Микелетти. «Наша модель оказалась очень надёжной. Моделирование воспроизвело те же условия, что наблюдались в экспериментах с известными капсидами. Поэтому мы сделали предположения и о капсидах, в отношении которых у нас нет прямых знаний в этой области».

Исследование, проведённое совместно с Университетом Йорка (Великобритания), Туринским университетом и Институтом Макса Планка в Майнце (Германия), было опубликовано в Plos Computational Biology. Изучение природы вирусных капсидов важно для понимания механизмов заражения вирусами (и разработки методов борьбы с ними).

Кроме того, вирусные векторы используются в фармакологии и генной терапии. Оболочки вирусов могут служить векторами для доставки терапии непосредственно в клетки — передовая методика в современной медицине. Возможность определить механически слабые места может быть использована в перспективе для модификации естественных капсидов с целью оптимизации их прочности и повышения эффективности доставки фармакологического содержимого.