Борьба с вирусами с помощью водорослей

Когда пандемия коронавируса ввергла мир в хаос, исследователи биоэнергетики из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) увидели нетрадиционный способ борьбы с пандемией: водоросли.

Водоросли — разнообразная группа фотосинтезирующих организмов, от одноклеточных, образующих зелёную плёнку на пруду, до морских водорослей размером с красное дерево. За тысячелетия они развили арсенал соединений для защиты от множества факторов стресса. Многие из них живут в океане, где всего несколько капель воды могут содержать до 10 миллионов вирусов.

«Неосознанное преимущество водорослей — их огромное биологическое разнообразие», — сказал Майкл Хьюземанн, старший исследователь биоэнергетики и главный исследователь проекта DISCOVR. — «Когда люди начали активно искать терапевтические средства для борьбы с пандемией, мы поняли, что есть возможность больше узнать об общих противовирусных свойствах водорослей».

Последовал глубокий анализ литературы, связывающей водоросли и противовирусные средства, начиная с 1956 года. Чтобы разобраться в данных, стажёр программы Science Undergraduate Laboratory Internships Дейман Рейнольдс отсортировал исследования по временной шкале, которой следует вирус при заражении. Стало очевидно, что соединения в водорослях демонстрируют исключительный — и ещё полностью не раскрытый — потенциал для борьбы с вирусными заболеваниями.

«Подавляющее большинство соединений водорослей находятся на ранних стадиях исследований», — сказал Рейнольдс. — «Несколько соединений проходят различные стадии клинических испытаний, а некоторые продаются в Европе в виде назальных спреев для защиты дыхательной системы от простуды. Было несколько, которые цитировались только один раз, так что захватывающая вещь — могут быть тысячи других соединений, которые могут бороться с вирусами, о которых мы даже не знаем».

Профилактика на пути вируса

Коронавирус попадает через рот или нос в дыхательную систему, но другие вирусы распространяются через контакт кожа-к-коже или внутривенно. Обзор литературы Рейнольдса выявил множество соединений, полученных из водорослей, которые могут служить защитниками на воротах потенциальных путей вирусной инфекции. Было показано, что определённые соединения обеспечивают своего рода защитное покрытие, предотвращающее проникновение вируса в организм.

Но если вирус всё же попадает в организм, лабораторные исследования показали, что соединения, полученные из водорослей, инактивируют или разрушают вирусы.

Несколько предварительных лабораторных исследований также показали, что продукты из водорослей предотвращают прилипание вирусов к клеточным рецепторам, затрудняя проникновение вируса в клетку-хозяина или заражение её.

Некоторые лабораторные исследования также показали, что соединения из водорослей затрудняют вирусу взлом внутренних механизмов клетки и начало репликации. Кроме того, было показано, что соединения в водорослях действуют как барьеры, улавливающие реплицированные вирусы, чтобы они не высвобождались в организм для дальнейшего распространения. А соединения, полученные из водорослей, могут усиливать естественный иммунный ответ организма на вирусную инфекцию — как до, так и после воздействия.

Возможный вклад в доступное биотопливо

Биолог Скотт Эдмундсон, изучающий выращивание фотосинтезирующих водорослей для получения биопродуктов более 15 лет, предполагает, что если противовирусные средства, полученные из водорослей, окажутся перспективными в клинических испытаниях, их экстракция может помочь сделать биотопливо более экономически целесообразным.

«Мы доказали, что технически возможно производить передовое топливо из водорослей, выращенных на солнечном свете и CO₂ из атмосферы», — сказал он. — «Следующий шаг — сделать процесс экономически выгодным».

Извлечение терапевтического соединения до переработки водорослей в биотопливо стало бы шагом в этом направлении.

Финансирование исследований частично поступило от Управления науки Министерства энергетики США в рамках программы Science Undergraduate Laboratory Internships. Статья была опубликована в июльском выпуске 2021 года журнала Algal Research.