Найти анчар для вируса

«Канон врачебной науки» великого перса Абу Али Ибн Сины (Авиценны), написанный более тысячи лет назад, содержит соответствия между тысячами трав и снадобий и болезнями, от которых они могут спасти человека. В разгар эпидемии SARS-CoV-2 петербургские генетики пошли аналогичным путем и взялись найти ягоды и травы, препятствующие размножению вируса в организме. Чтобы выявить круг кандидатных растений, исследователи проанализировали научную и статистическую литературу, из которой можно было извлечь крупицы информации о связи между легким течением болезни и диетой пациентов. Затем выбрали стабильную мишень для лекарственного воздействия и создали генно-инженерную модель, с помощью которой сужали круг растений, способных приостанавливать размножение вируса. Как рассказала «Стимулу» доктор биологических наук, профессор СПбГУ Татьяна Матвеева, наиболее перспективными для создания противовирусных препаратов оказались гранат и ревень.

Стабильная мишень

Работа началась три года назад, когда пандемия SARS-CoV-2 начала затухать и COVID-19 присоединился к другим сезонным инфекциям с характерными подъемами и спадами в течение года. «Три года назад еще были нежелательные отголоски пандемии, да и сейчас коронавирус никуда не исчез, мы просто приспособились друг к другу: он видоизменился так, чтобы не убивать сразу жертву, а мирно сосуществовать с человеческой популяцией и распространяться среди новых зараженных», — заметила Татьяна Матвеева. По ее мнению, переход заболеваемости COVID-19 в сезонную форму не снижает актуальности исследования, ведь ученые создали не лекарство, а технологию поиска борьбы с распространением вируса в организме, и на месте SARS-CoV-2 может быть любой другой вирус, в том числе какой-то новый.

Поначалу у группы исследователей не было финансирования, затем проект существовал в рамках Научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего».

Начальный этап научного поиска был связан с анализом большого объема научной литературы, связанной с заболеваемостью COVID-19. «Больные, чей рацион был богат растительной пищей, легче переносили коронавирусную инфекцию. А на основе изучения материалов по течению предыдущих коронавирусных эпидемий, которые не имели таких больших масштабов, как последняя, мы выяснили, что применение растительных препаратов помогало побороть бурный рост числа заболевших», — рассказала наша собеседница, комментируя итоги аналитической работы.

Убедившись, что поиск растительного «противоядия» перспективен, ученые занялись выбором мишени. Поверхностные белки коронавируса, которые стали мишенями для большинства вакцин, не подходили в силу их быстрой изменчивости. «У вируса есть компонент, без которого невозможен его жизненный цикл. Это протеаза. Она “режет” длинный белок, синтезирующийся вирусом, на правильные куски. В результате получатся те белки, которые нужны для функционирования вируса. Вдобавок протеаза не так сильно подвержена давлению со стороны вакцин, которые сориентированы на оболочечные белки вируса. Вирус эволюционирует, и оболочечные белки “убегают” от этого давления, меняются, а основная протеаза SARS-CoV-2 находится внутри вируса, она менее подвержена таким изменениям, мутирует медленно? и поэтому именно она наиболее перспективная мишень для новых лекарственных средств», — пояснила Татьяна Матвеева.

Доктор биологических наук, профессор СПбГУ Татьяна Матвеева на научном форуме в Харбине (КНР)

Личный архив Т. Матвеевой

Диагностическая система

В качестве основы для диагностической системы ученые кафедры генетики и биотехнологий Санкт-Петербургского государственного университета выбрали кишечную палочку, в ее обезвреженном варианте. «Это самый распространенный модельный объект для генных инженеров, она часто используется лабораториями. Эта кишечная палочка, которая не может вызвать понос, а “прирученная”, неопасная, измененная для работы с ней в университетских лабораториях, а не в специальных, повышенного класса опасности. Ее можно показывать студентам, и студенты могут с ней взаимодействовать без риска заразиться», — рассказала наша собеседница.

Далее в дело вступила генная инженерия. Генетической вставкой в обезвреженную кишечную палочку стала плазмида — кольцевая молекула ДНК, в которой ученые закодировали два гена — ген основной протеазы коронавируса SARS-CoV-2 и белок, внутри которого расположили сайт узнавания протеазы, способный давать цветную реакцию. «И вот эту конструкцию, эту плазмиду с помощью специальных протоколов мы перенесли в бактерию, — говорит Татьяна Матвеева. — Модифицированная бактерия была создана для того, чтобы определить, соки каких растений влияют на протеазу, а какие — нет».

Если сок содержит вещества, способные блокировать, ингибировать (подавлять или задерживать физиологические или физико-химические процессы) основную протеазу коронавируса, то раствор синеет. Если нет — нет. Блокированная протеаза не может работать, то есть резать белки вируса нужным для его жизнедеятельности образом. Его размножение останавливается или существенно тормозится. Окрашивание в синий цвет среды, где находится генетически модифицированная бактерия и сок растения-кандидата, таким образом, указывает на растение, которое содержит вещества, способные останавливать размножение вируса. «Если вещество нейтрально по отношению к протеазе и протеазе ничто не мешает резать вторую генетическую вставку, то синего окрашивания не будет», — уточняет Матвеева.

Получив модифицированную бактерию, которая стала живой диагностической системой, ученые убедились, что оба вставных гена работают, что не произошло случайной мутации, и приступили к экспериментам с соками.

Ревень черноморский (Rheum rhaponticum) — типовой вид рода Ревень. Общий вид цветущего растения

Wikipedia

Посинеет ли сок

Обратиться к миру царства растений ученые решили потому, что очень многие используемые сегодня лекарства по происхождению растительные. «На основе растительных соединений можно создавать новые молекулы, чуть модифицировать их и использовать как лекарство», — комментирует Татьяна Матвеева.

Для поиска конкретных растений, чтобы протестировать их взаимодействие с генетически модифицированной бактерией, исследователи помимо накопленных данных о том, как диета влияла на течение ковида, использовали компьютерное моделирование. Зная, что растение содержит определенный набор соединений, ученые моделировали взаимодействие этих соединений с основной протеазой коронавируса. А уже с теми растениями, которые показали наивысший потенциал, были проведены натурные опыты.

Исследователи брали свежие ягоды или, как в случае ревеня, черешки листьев. Измельчали, превратив в однородную массу, отжимали сок. «Свежевыжатый сок мы добавляли в питательную среду с генетически модифицированными бактериями в разных концентрациях и смотрели, что будет, насколько смесь посинеет, — рассказывает Татьяна Матвеева. — На первом месте оказался гранат, на втором — ревень за ним — черная смородина. Виноград и красная смородина не посинели».

Однако наша собеседница пояснила, что такое ранжирование результатов все же условно, так как у каждого растения есть внутривидовая изменчивость по содержанию тех или иных соединений. Важно и то, в каких условиях были получены продукты растительного происхождения, — какова была освещенность, температура, где растение росло, как его собирали, обрабатывали, хранили. После анализа всех этих факторов можно будет с большей уверенностью расположить результаты в правильном порядке.

Проблема в стенке бактерии

Главный результат, который получили исследователи, — это проверка способа поиска подходящих растений, которые могут остановить размножение вируса. Татьяна Матвеева подчеркивает, что, хотя поводом к научному поиску и послужила пандемия COVID-19, метод к конкретному возбудителю не привязан и может быть использован с любым вирусом, включая новые и еще не известные: «Это быстро, эффективно, безопасно и дешево».

Однако считать работу завершенной пока рано. «Проблема в том, что клетки бактерий отличаются от клеток млекопитающих. И биохимически, и, что самое важное, у бактерий есть клеточная стенка, а у млекопитающих она отсутствует. Поэтому проницаемость для лекарства будет существенно отличаться в случае работы с полученной диагностической системой и в случае взаимодействия того же вещества в той же концентрации с клетками человека и животных. Некоторые соединения могут сравнительно легко проникнуть в клетку человека, и они же могут не попасть в клетку кишечной палочки из-за ее серьезной оболочки», — пояснила наша собеседница.

Поэтому быстрого предварительного скрининга мало. Нужно продолжать тестировать выбранные экстракты и соки, а также содержащиеся в них конкретные соединения на клетках млекопитающих, а потом проводить доклинические и клинические испытания. «Нужно пройти целую серию этапов, прежде чем на базе какого-то вещества можно будет создать лекарство», — говорит Татьяна Матвеева.

Такая работа требует как серьезного финансирования, так и заинтересованности коллег, имеющих в своем распоряжении лаборатории нужного уровня безопасности, предназначенные для работы с живыми вирусами и проведения клинических испытаний с участием добровольцев.

Организовать эти исследования можно было бы совместно с НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера, а также с Институтом экспериментальной медицины, считает Татьяна Матвеева.