Разоблачение оболочечных. Для болезнетворных вирусов наступают черные дни.

— Вирусы — достаточно загадочные субъекты природы, — объясняет Олег Вячеславович. — До сих пор идут споры о том, причислять ли их к живым организмам, или к сложным супрамолекулярным комплексам. Причина таких споров в том, что в вирусе не протекают процессы жизнедеятельности. Единственное, на что он способен, — заражать клетки живых организмов для воспроизводства себе подобных. Поэтому основа любого вируса — это его генетический материал, который он должен доставить в инфицируемую клетку. Попадая внутрь, вирусный геном перепрограммирует ее, заставляя производить компоненты для новых вирусов. Для защиты генетического материала от воздействия окружающей среды вирусы используют одну или две оболочки: первая — белковая, формирующая каркас вирусной частицы, вторая — липидная, представляющая собой часть биологической мембраны клетки-хозяина. Если у вируса есть только белковая оболочка, то такие вирусы называются безоболочечными, если вместе с ней присутствует и липидная — то оболочечными. Представителями класса оболочечных вирусов являются такие серьезные патогены человека, как ВИЧ, гепатит, вирус Эбола, грипп. Несмотря на существенные различия в клинической картине протекания заболеваний, вызываемых оболочечными вирусами, сами они имеют ряд характерных особенностей, определяющих их общность. Жизненный цикл всех оболочечных вирусов представляет собой сложный многостадийный процесс, начинающийся с проникновения вируса в клетку и заканчивающийся отделением вновь сформированных вирусных частиц с ее мембраны. Процесс этот включает точно установленное взаимодействие компонентов вируса и клетки. При попадании внутрь клетки вирусная частица должна разобраться на части, чтобы выпустить свое содержимое — геном вируса. С другой стороны, производимые клеткой компоненты вируса должны выполнить обратную задачу: самоорганизоваться для формирования новых вирусных частиц. И одну из ключевых ролей в этих процессах играют белки, формирующие внутреннюю оболочку вируса. В отличие от поверхностных белков вируса, эти молекулы недоступны для воздействия вакцин и поэтому исследованы менее подробно, хотя по общему количеству внутри вирусной частицы они всегда превалируют. Несмотря на столь важную функцию белков, формирующих каркас вируса, по-прежнему остается много открытых вопросов о механизмах их взаимодействия с липидными мембранами и самоорганизации при сборке новых вирусных частиц, а также о причинах разрушения вирусного белкового каркаса в процессе инфицирования. 

— Мы планируем на примере матриксных белков нескольких оболочечных вирусов установить общие механизмы самоорганизации и разрушения белкового матрикса вирусных частиц, а также выяснить ключевые факторы, определяющие взаимодействие этих белков с липидными мембранами. Это откроет возможности для поиска новых высокоэффективных противовирусных лекарственных препаратов. Важно отметить, что общность механизмов проникновения оболочечных вирусов внутрь клетки позволит, основываясь на результатах наших исследований для отдельных вирусов, предложить противовирусные препараты и от социально опасных заболеваний, вызываемых оболочечными вирусами, таких как ВИЧ, герпес, гепатит.

 — Большинство оболочечных вирусов попадают в клетку путем эндоцитоза — процесса, позволяющего клетке поглощать достаточно крупные объекты из внешней среды. Например, такой способ проникновения в клетку использует вирус гриппа. Клетка, поглотившая объект из внешней среды, хочет его “переварить” и поэтому помещает его в кислую среду специального отдела — эндосомы, где находятся ферменты, способные разложить на составляющие все то, что было съедено клеткой. Вирусы за время своей эволюции научились паразитировать на этом клеточном свойстве, поэтому важные процессы перестройки вирусных белков связаны с изменением кислотности (рН) среды. Именно в кислой среде эндосомы запускается процесс “распаковывания” вирусного генома с его последующим выходом в цитоплазму инфицированной клетки. А это значит, что все подобные процессы так или иначе связаны с кислотно-основной диссоциацией составляющих любого белка — аминокислот. Таким образом, по сути, мы имеем дело с некоторыми физико-химическими процессами, природа которых не зависит от вируса. Именно такие общие физико-химические механизмы формирования и разрушения белкового каркаса оболочечных вирусов мы и планируем изучать. Белки вирусного каркаса пока не были мишенями для лекарственных препаратов, хотя их количество в любом вирусе достаточно велико. И во многом это вызвано тем, что механизмы функционирования этих белков до сих пор остаются невыясненными. 

Сегодня в наших исследованиях мы вышли на уровень описания механизма формирования и разрушения белковой оболочки вируса гриппа. Установили, что простое изменение заряда белковой молекулы в зависимости от рН окружающего раствора может объяснить достаточно сложные процессы, реализующиеся в ходе вирусного инфицирования. Результаты этой работы были недавно опубликованы в престижном научном журнале Journal of Virology. Распространив отработанную методику исследований на другие оболочечные вирусы, мы сможем сказать, в чем общность их поведения в клетке, а в чем — принципиальные различия. Продолжая изучение вируса гриппа, мы хотим выяснить, какие именно компоненты структуры белковой молекулы — аминокислоты — ответственны за наблюдаемые явления, а это уже заметно расширит наши возможности и приблизит к созданию противовирусных препаратов, воздействующих на данный белок. 

— Особенность наших исследований в том, что мы стремимся объяснить сложные процессы, включая биологические, общими физико-химическими законами. Такой подход характерен для научной школы, к которой мы принадлежим и которая сформировалась в нашем институте благодаря таким знаменитым советским и российским ученым, как А.Н.Фрумкин, Б.В.Дерягин, В.Г.Левич, Ю.А.Чизмаджев. Известность школе, которая продолжает успешно развиваться и сейчас, принесли такие приоритетные работы, как теория возбудимых сред и описание механизма распространения нервного импульса, теория электропорации биологических мембран, физическая модель слияния и деления мембран и многое другое. Результаты этих работ общепризнанны в мире и нашли широкое применение на практике.

В рамках нынешнего проекта мы планируем создать физическую модель формирования и разрушения белкового каркаса вирусов. Для этого используем широкий набор современных физико-химических методов исследований, от электрохимических измерений до флуоресцентной и атомной силовой микроскопии. И когда нам удастся описать особенности исследуемых процессов, мы будем иметь в руках мощный инструмент для поиска и создания противовирусных препаратов нового класса, слабо зависящих от индивидуальных особенностей отдельных вирусов.