Ученые ЮФУ нашли удобный доставщик лекарств в органы и ткани пациента
Причины саморазборки внешнего белкового нанокристалла, самособирающегося вокруг циповируса (паразита насекомых), в момент, подходящий для заражения, выяснили совместно с коллегами из Китая ученые физфака Южного федерального университета (ЮФУ), 29 августа сообщает пресс-служба университета.
Ученые предложили модель устройства нанокристалла циповируса, согласно которой в щелочной среде желудка насекомого у попавшего туда вируса внешняя «броня» распадается из-за того, что составляющие ее белки приобретают отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга.
Такую модель можно использовать для создания белковых наноконтейнеров, в которых лекарство будет адресно доставляться в пораженные органы и ткани. Результаты исследования модели ученые представили в статье «Интеграция циповирусов в матрицу полиэдрина», опубликованной в журнале Nanoscale Advances.
Белковая оболочка — капсид, защищает у большинства вирусов его геном от пагубного воздействия окружающей среды и транспортирует его в заражаемую клетку. Такую белковую оболочку, если ее модифицировать, можно было бы использовать для адресной доставки лекарств в поврежденные ткани и органы.
Однако для этого нужно сначала узнать законы и механизмы, по которым строится структура таких оболочек, в том числе и механизм их саморазборки при инфицировании.
Ученые кафедры «Нанотехнология» физфака ЮФУ исследовали белковые оболочки циповирусов, вызывающих кишечные инфекции у насекомых, в том числе у знаменитого тутового шелкопряда.
Уникальность этих вирусов состоит в том, что кроме капсида их геном защищает еще и внешняя оболочка из белка полиэдрина, которую называют вирусным полиэдром. Зараженные вирусом клетки начинают в больших количествах вырабатывать полиэдрин, который образует кубические кристаллы, по форме напоминающие кристаллы поваренной соли.
Капсиды встраиваются внутрь этих белковых кристаллов, что создает для циповирусов дополнительную защиту от неблагоприятных факторов внешней среды, таких как высокие температуры и моющие средства, уничтожающие большинство других вирусов.
Когда же циповирус попадает в желудок насекомого, полиэдриновая «броня» у него распадается, и он получает возможность инфицировать клетки насекомого.
Предыдущее исследование коллектива установило, что полиэдриновые кристаллы растворяются в щелочной среде желудка насекомых, однако из-за чего это происходит и каким образом капсиды встраиваются в полиэдры, оставалось неясным.
Поэтому исследователи использовали математические расчеты и 3D-моделирование структуры белковых молекул, что помогло им определить детальное устройство вирусных полиэдров со встроенными в них капсидами циповирусов.
Исследователи установили, что хотя капсиды циповирусов — это двадцатигранники, а вирусные полиэдры — кубы, оболочка из полиэдрина плотно прилегает к капсиду вируса, что и обеспечивает невероятную стабильность образующейся структуры.
Модель, разработанная учеными, показала, что внутри полиэдров могут образовываться «гнезда» подходящей для размещения капсидов формы.
Расчеты также помогли установить причину разборки вирусного полиэдра в желудке насекомых. Оказалось, что в щелочной среде белки оболочки приобретают отрицательный заряд и начинают отталкиваться друг от друга и от белков капсида, полиэдр разрушается и высвобождает капсида.
Полученные результаты могут быть применены при разработке наноконтейнеров для адресной доставки лекарств. Модификацией белковых молекул можно добиться, чтобы они имели нужный заряд в тех или иных условиях.
Руководитель проекта, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Нанотехнология» Южного федерального университета Сергей Рошаль пояснил:
«На сегодняшний день наноконтейнеры для доставки лекарств часто пытаются делать на основе углеродных нанотрубок. Однако у них есть недостатки: не совсем понятно, при каких условиях и как полезные молекулы, присоединенные к нанотрубкам, будут отсоединяться, достигая нужных тканей. Кроме того, нанотрубки могут быть токсичны для организма. Наше исследование показало, что разборкой белковых полиэдриновых капсул можно легко управлять, что делает их удобнее нанотрубок. Белки присутствуют во всех клетках и тканях нашего организма, они абсолютно безопасны и нетоксичны».
В планах исследователей установить, как на сборку и разборку капсидов влияет хиральность составляющих их белков, то есть свойство молекул или их фрагментов существовать в двух формах (правой и левой), являющихся зеркальными отображениями друг друга.
