Российские ученые выяснили механизм проникновения вируса в живую клетку
Биофизические принципы проникновения вирусов гриппа и иммунодефицита человека в клетки пораженного организма описал объединенный научный коллектив из ИФХЭ РАН им. А. Н. Фрумкина, НИТУ МИСиС, МФТИ и ряда других исследовательских центров. Авторы создали теоретическую модель, описывающую механические свойства липидных мембран вирусов и атакуемых клеток, на основании которой удалось связать механику мембран с устойчивостью клеток, сообщает пресс-служба МИСиС. Цикл из трех статей с результатами новых исследований опубликован в специальном выпуске International Journal of Molecular Sciences.
Вызывающие многие опасные для человека заболевания вирусы, такие как вирус иммунодефицита человека, герпеса, гепатита, лихорадки Эбола и гриппа, проникают в клетки пораженного организма путем слияния своей оболочки с мембраной клетки или ее органелл. Этому процессу способствуют так называемые белки слияния, которые приводят в контакт липидную оболочку вируса и мембрану клетки-мишени.
Авторы нового цикла исследований разработали теоретическую модель, предсказывающую энергетические затраты, которые нужно преодолеть вирусным белкам, чтобы вызвать слияние собственной мембраны с мембраной «жертвы». Кроме того, следя за изменениями энергии этого процесса, физики обнаружили несколько альтернативных сценариев атаки, некоторые из них заканчиваются «победой» вируса, тогда как в ряде других случаев образуется тупиковое состояние, которое вирус уже не может развернуть в свою пользу.
«Нас вдохновили эксперименты по исследованию вирусного слияния методами криоэлектронной микроскопии, — рассказывает один из соавторов исследования, старший научный сотрудник кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСиС Тимур Галимзянов. — В них были обнаружены необычные структуры, не предсказанные ни одной из существующих теоретических моделей слияния мембран. Поэтому мы предложили свою модифицированную модель слияния и показали, что обнаруженные структуры являются тупиковыми, не приводя к слиянию вируса с клеткой, и рассчитали, как структура вирусных белков слияния влияет на выбор пути этого процесса — успешного или тупикового».
Три фактора, на которых авторы акцентируют свое внимание, — это геометрические параметры белков слияния, которые атакуют мембрану клетки-жертвы, pH окружающей среды, определяющий в том числе структуру белков, а также наличие так называемых рафтов (от английского raft, — «плот»). Рафты — островки жестких молекул, относительно свободно перемещающихся по полужидкой клеточной мембране, — взаимодействуют с вирусными белками и играют решающую роль в выборе того, по какому из путей пойдет процесс слияния. Результатом исследований стал сравнительно простой вывод, присутствие рафта в области атаки в случае вируса иммунодефицита человека способствует слиянию, и, как следствие, успешному проникновению вирусного генетического материала в клетку.
Авторы подчеркивают, что полученные результаты в дальнейшем будут адаптироваться для более широкого класса объектов, хотя уже сейчас предсказания теоретической модели ставят важную задачу верификации для коллег-экспериментаторов. Если выводы о роли механических свойств клеточных мембран подтвердятся, это может стать важной отправной точкой в исследовании вирусных процессов и механизмов клеточной защиты.