Поиск - новости науки и техники

Объемным взглядом. Вирус рассмотрен со всех сторон.

В последнее время мы все чаще слышим о том или ином экзотическом вирусе, начавшем путешествие по планете. Птичий и свиной грипп, лихорадка Эбола, теперь – вирус Зика, первый случай завоза которого был зарегистрирован недавно в России. Надо признать, скорость распространения и масштаб угрозы в разы увеличивают охочие до сенсаций СМИ. И тем не менее эти эпидемии уносят немало жизней. 

Число пострадавших от вируса Зика в странах Южной Америки, Карибского бассейна и Юго-Восточной Азии, по последним данным Всемирной организации здравоохранения, составляет тысячи человек. Особо опасен вирус для беременных женщин – если мать переболеет лихорадкой во время беременности, то высока вероятность, что новорожденный будет страдать неврологическими расстройствами и врожденными пороками развития, включая микроцефалию. 
В Бразилии число зафиксированных случаев микроцефалии у новорожденных выросло почти в 30 раз всего лишь по прошествии года. Исследователи предполагают, что такая динамика связана именно с вирусом Зика. Неудивительно, что в вышеперечисленных странах ВОЗ объявила чрезвычайную ситуацию.
Зика распространяется по тропическим и субтропическим регионам мира, можно сказать, со скоростью комариного полета, поскольку относится к семейству флавивирусов, передающихся через укусы этих насекомых. Вирус циркулирует в Африке, Северной и Южной Америке и странах Юго-Восточной Азии. Впервые его обнаружили у макак-резус в Уганде в 1947 году в лесу Зика, а в 1954 году он был выявлен и у людей. 
На сегодня Зика еще слабо изучен – соответственно, ни вакцины, ни специфических методов лечения заболевания нет. Поэтому заметным шагом вперед стало создание в России 3D-модели этого экзотического вируса в рамках проекта “Зоопарк вирусов” российской компании Visual Science. В работе участвовала лаборатория структурной биоинформатики и молекулярного моделирования Новосибирского государственного университета.
– Думаю, семейство флавивирусов преподнесет нам в ближайшие годы еще много сюрпризов, – прогнозирует заведующая лабораторией кандидат биологических наук Анастасия Бакулина. – Быстрое распространение вспышек экзотических болезней объясняется глобальными проблемами. Так, в связи с климатическими изменениями усилилась миграция животных – “резервуаров” таких вирусов. Человек, в свою очередь, глубже внедряется в природу в развивающихся странах, поэтому контакт неизбежен. 
Кроме того, пустынные ранее регионы Африки или Южной Америки стали более густонаселенными: если лет 50-70 назад вспышка болезни ограничивалась пределами одной деревни, которая могла вымереть, что, конечно, трагично, но инфекция не распространялась дальше, то сегодня развитию эпидемий способствует скорость перемещения человека по миру. И наконец, диагностика стала гораздо лучше, что позволяет быстро выявлять вирусы, в том числе новые. 
Самые изученные представители рода флавивирусов – вирусы желтой лихорадки, лихорадки Денге, клещевого энцефалита. Наиболее надежный метод диагностики вирусных инфекций – обнаружение генетического материала вируса в крови больного, но для этого требуется хорошо оборудованная лаборатория и квалифицированный персонал. 
Более доступные методы диагностики (ИФА, иммуноферментный анализ) базируются на обнаружении антител к вирусу. Детекция антител также позволяет узнать о том, встречался ли человек с этим вирусом ранее, что важно для эпидемиологических исследований. Работая над построением моделей отдельных белков вируса Зика, мы анализировали информацию из разных источников, изучали плоды работы разных исследовательских групп. И столкнулись с тем, что информации собственно по вирусу Зика крайне мало, к тому же она противоречива. Поэтому пришлось основываться на публикациях о других, более изученных, вирусах этого семейства.
Тем ценнее для исследователей полученная 3D-модель. Она, например, позволит наблюдать, как вирус взаимодействует с антителами. Планируется также выполнить полноатомное моделирование поведения вируса методом молекулярной динамики, который позволяет показать, как система взаимодействует на уровне атомов. Пока метод широко используют только для исследования отдельных белков и белковых корпусов, но в принципе мощность современных компьютеров уже позволяет запустить молекулярную динамику целого вируса и как бы под огромным микроскопом показать, как он живет и меняется, рассчитать силы, которые действуют на каждый отдельный атом и скорость движения этих атомов. Подобное моделирование в лаборатории НГУ собираются применить в самое ближайшее время. 
Что это дает биологам? Вспомним историю создания вакцины против желтой лихорадки: она была разработана в 1937 году и оказалась очень эффективной и безопасной. Тогда ученые долгое время культивировали вирус в искусственных условиях, внося мутации, чтобы он потерял свои патогенные свойства. Позже оказалось, что вакцинный штамм отличался от “дикого” именно мутациями в одном из белков. В то время приходилось действовать вслепую, сейчас процесс можно смоделировать. 
 – Конечно, сегодня требования к безопасности препаратов стали гораздо жестче, и вряд ли удастся запустить в массовое производство и применение “живую” вакцину, как в случае с желтой лихорадкой, – считает Анастасия Бакулина. – Вспомним, что вакцина – предназначенный для активной иммунизации препарат, который можно получить как из живых штаммов возбудителей, лишенных патогенных свойств в искусственных условиях, так и из убитых с помощью химической обработки культур микроорганизмов. Более того, сегодня можно сконструировать вакцину, которая будет представлять собой частицы, похожие на вирус, но без генетического материала для его размножения внутри, короче говоря, “пустышку”. На мой взгляд, будущее именно за такими вакцинами, они и безопасны, и лишены недостатков “убитой” вакцины, которые возникают после обработки химикатами. Конечно, производство искусственно сконструированных вакцин сегодня обходится гораздо дороже, но технологии постепенно упрощаются.
Пока неясно, как именно вирус Зика может вызывать микроцефалию, и сотрудники лаборатории НГУ пытаются с этим разобраться. Есть подозрение, что это связано с особыми свойствами одного из белков в составе вируса. Если внести в этот белок мутации, которые оставят вирус жизнеспособным, но обезвредят, то может получиться хорошая вакцина. 
Вирус Зика – не единственный объект для изучения. По словам Анастасии Бакулиной, одна из основных задач лаборатории – работа над новыми методами предсказания свойств вирусов и моделирования. Лаборатория активно сотрудничает с Государственным научным центром вирусологии и биотехнологии “Вектор” и биологическими институтами Новосибирского академгородка: исследователи, получив в ходе эксперимента какой-то неожиданный эффект, обращаются в НГУ с просьбой смоделировать процесс для лучшего понимания. А иногда проверка какой-то гипотезы на моделях может предшествовать эксперименту. Надо сказать, что сотрудники лаборатории охотно делятся своими знаниями и умениями.
 – Многие методы работы с пространственными структурами белков не очень сложны, их можно освоить, чтобы делать красивые картинки для своих публикаций. В конце концов, молекулярный биолог должен представлять, как выглядит молекула, – улыбается Анастасия Бакулина. – Мы организуем регулярные семинары, в ходе которых учим исследователей каким-то практическим навыкам моделирования. Хотелось бы повысить и грамотность ваших коллег – представителей научно-популярных журналов: к сожалению, достаточно часто в статьи закрадываются ошибки, можно встретить описание одного белка с картинкой другого рядом. 
Кстати, наше сотрудничество с компанией Visual Science началось с моего комплимента по поводу правильности разработанной ими модели вируса иммунодефицита человека. С тех пор мы сделали вместе и модель вируса лихорадки Эбола, и модель аденовируса. Но наша мечта – сконструировать белок или даже вирус, которого не существует в природе. Мы уже продвинулись на этом пути – сделали иммуноген, содержащий фрагменты вируса иммунодефицита человека, его потом синтезировали на “Векторе”, оправдав наши ожидания.
Другое актуальное направление работы лаборатории – изучение болезни Альцгеймера. В западном мире на решение этой проблемы тратится примерно столько же средств, сколько на борьбу с раком. Среди приоритетных задач ученых – изучение молекулярной структуры и механизмов формирования амилоидных бляшек – патологических образований в головном мозге, появляющихся при прогрессировании болезни. Биоинформатические и структурные исследования в этой области могут пролить свет на возникновение и развитие такого заболевания и способствовать нахождению методов ранней диагностики и лечения распространенного недуга, приводящего к старческому слабоумию. 
Лаборатория структурной биоинформатики и молекулярного моделирования была создана как зеркальная лаборатория в рамках Проекта 5-100. Научным руководителем лаборатории стал французский исследователь Андрей Каява, который является и руководителем группы “Structural bioinformatics and Molecular Modelling” в Университете Монпелье, и директором по науке в Национальном центре научных исследований (CNRS) Франции.
– Болезнь Альцгеймера гораздо более загадочна, чем рак, – поясняет Анастасия Бакулина. – Но у нас есть все шансы преуспеть в решении этой загадки, поскольку Андрей Каява одним из первых понял, как устроена структура амилоидных фибрилл – еще до того, как это подтвердилось экспериментально. После чего он разработал компьютерную программу, которая позволяет по последовательности белка определить склонность пациента к образованию амилоидных бляшек. Программа проверялась на известных случаях раннего (до 50 лет) возникновения болезни Альцгеймера, и выяснилось, что с ее помощью действительно можно отделить опасные мутации от безобидных и предсказать болезнь. А это уже путь к ранней диагностике. Другой вопрос, нужна ли людям такая диагностика – средств борьбы с болезнью Альцгеймера пока не разработано. Однако мы надеемся за счет понимания причин возникновения недуга попробовать остановить или хотя бы затормозить этот процесс.
Ольга КОЛЕСОВА
Фотоснимки с сайта НГУ
На верхнем фото: А.Бакулина и А.Каява

Нет комментариев