Исследователи из Южного федерального университета в Ростове-на-Дону изучили строение оболочек вирусов, которые вызывают кишечные инфекции у насекомых. И предложили делать по этому образцу белковые наноконтейнеры для «адресной» доставки лекарств в организме человека.

По сообщению пресс-службы Российского научного фонда, сотрудники Южного федерального университета вместе с китайскими коллегами исследовали белковые оболочки циповирусов насекомых, вызывающих кишечные инфекции. Учёные обнаружили любопытный механизм действия вирусов — его можно использовать для повышения эффективности лечения людей. Это исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Подробности изложены в статье журнала Nanoscale Advances.

Вирусная частица состоит из нуклеиновой кислоты и капсида — белковой оболочки, которая защищает вирусный геном от воздействия окружающей среды, например, экстремально низких или высоких температур и веществ, опасных для нуклеиновой кислоты. Это позволяет циповирусам сохраняться даже зимой, когда насекомые находятся в анабиозе.

Если вирус попадает в пищеварительную систему насекомого, в высокощелочной среде капсид распадается. Одновременно саморазрушается защитный слой из белка полиэдрина, который называется также вирусным полиэдром. Составляющие его белки приобретают отрицательный заряд и начинают отталкиваться друг от друга и от белков капсида. Циповирус получает возможность инфицировать клетки насекомого.

Полиэдрин вырабатывается заражёнными клетками и образует кубические кристаллы, напоминающие кристаллы поваренной соли. Капсиды циповирусов находятся внутри этих белковых кристаллов, что обеспечивает дополнительную защиту вирусов.

Таким образом циповирусы надёжно защищаются нанокристаллами, которые самособираются и саморазрушаются под воздействием электростатических сил. И этот принцип можно использовать для создания белковых наноконтейнеров для более эффективной доставки лекарств к заражённым клеткам в организме человека. Модификация белковых молекул позволяет влиять на их заряд в разных условиях. И программировать на этом уровне, когда и как будет происходить разборка «контейнера» и высвобождение содержимого — при разрушении либо щёлочью, либо ферментами, расщепляющими пептидную связь между аминокислотами в белках.

Как пояснили в ЮФУ, исследователи использовали не только современную световую микроскопию, но и математические расчёты, а также 3D-моделирование белковых моделей для определения детального устройства вирусных полиэдров.

По словам руководителя проекта Сергея Рошаля, доктора физико-математических наук, профессора кафедры «Нанотехнология» Южного федерального университета, сейчас наноконтейнеры для доставки лекарств пытаются делать на основе углеродных нанотрубок. Но не совсем понятно, при каких условиях и как полезные молекулы, присоединённые к нанотрубкам, будут отсоединяться, достигая нужных тканей. Нанотрубки, кроме того, могут быть токсичными для организма. А полиэдриновыми капсулами из белков легко управлять. Они не токсичны и безопасны, так как белки присутствуют во всех клетках и тканях.

Авторы исследования собираются также изучить, как на сборку и разборку капсидов влияет хиральность, или несовместимость в пространстве молекул с «зеркально» отражёнными формами, составляющих их белков.

Циповирусы активно изучают последние 15 лет. Учёные выделяют более 20 типов, поражающих в основном чешуекрылых, и считают, что эти вирусы существуют уже по меньшей мере 100 миллионов лет. Об этом можно судить по окаменелостям насекомых, которые находят в янтаре.

Как улучшить «доставку» лекарств в организме?