Модель показала: вирусы собираются по принципу максимально плотной упаковки
Ученые из Южного федерального университета представили модель, описывающую самосборку вирусных частиц. Они сосредоточились на тех, что собираются из тримеров или димеров — комплексов из двух или трех белковых молекул соответственно. Первые характерны для зрелых флавивирусов, а вторые — для молодых, еще не вышедших из клетки. Авторы надеются, что их работа поможет создавать новые противовирусные препараты, а также вирусоподобные системы для адресной доставки биологически активных веществ.
Вирусы устроены довольно просто и, по сути, представляют собой нуклеиновую кислоту, заключенную в «коробочку» из белка и иногда «обернутую» липидным слоем, облегчающим проникновение патогена в клетку. Основная белковая оболочка, защищающая наследственный материал от внешней среды, называется капсидом. Если она имеет форму многогранника, то не является монолитной структурой, а состоит из строительных блоков — капсомеров. Те, в свою очередь, объединяют в себе от двух до шести белковых молекул.
Тип капсомера по количеству белков определяет то, где именно он будет располагаться в капсиде. Так, если капсид составлен пентамерами и гексамерами, то первые расположатся на вершинах многоугольника, а вторые — на его гранях. Однако до сих пор не было известно, как же разместятся у зрелого вируса «кирпичики» из меньшего числа молекул, особенно если они все будут одного типа.
Исследователи ЮФУ решили выяснить это и создали модель, описывающую самосборку вирусной оболочки из капсомеров. Их подход заключался в том, что вирусы по сути решают следующую задачу: разместить как можно больше «кирпичиков» на поверхности условного шара. И, как оказалось, с ней они успешно справляются: белковые комплексы располагаются так, чтобы центры тяжести отдельных молекул, принадлежащих соседствующим капсомерам, были равноудалены друг от друга. Так удается достичь минимума энергии, то есть подобная структура выгодна и собирается произвольно.
Авторам удалось объяснить и процесс созревания вируса Денге, вызывающего лихорадку, и других его родственников из группы флавивирусов. Молодые патогены находятся в центре клетки и состоят из тримеров. Затем они начинают двигаться к мембране клетки, кислотность среды меняется, становится иным и взаимодействие между белками капсида. В конце концов тримерная структура оказывается энергетически невыгодной и происходит пересборка из димеров.
«Зная, по каким правилам собирается и перестраивается вирусная белковая оболочка, можно разрабатывать новые способы доставки лекарств, например, специальные наноконтейнеры на основе вирусов. Кроме того, смоделированный нами механизм созревания белковой оболочки можно использовать для борьбы с вирусными инфекциями, если нарушить его с помощью особых препаратов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сергей Рошаль, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Нанотехнология» Южного федерального университета.
