Ученым удалось
расшифровать структуру белка, мутации которого отвечают за изменчивость
вируса гриппа. Поиск химических веществ, эффективно связывающихся с его
активными участками, приведет к созданию по-настоящему универсальной
вакцины, способной победить быстро мутирующий вирус.
Есть ли надежда, что один из бичей человечества,
особенно допекающий народ в осенне-зимний период, будет окончательно
побежден? Ученые утверждают, что да.
Сразу две независимые группы опубликовали в Science данные точной расшифровки структуры одного из белков гриппа.
Эта
информация поможет предсказать все типы возможных мутаций вируса и
изготовить высокоэффективные лекарственные средства для любого из них.
Работы выполнены исследователями из Университета Айовы, а также их коллегами из Университета Флориды.
Каждый сезон перед медиками стоит одна и та же задача – в кратчайшие
сроки определиться с типом вируса сезонного гриппа, который получит
распространение именно в этом году. Изменчивость вируса гриппа не
позволяет создать универсальную вакцину против него, поэтому каждый год
их вырабатывают заново. Однако из-за изменчивости вируса, высокой
скорости и разнообразия его мутаций, вакцины, выработанные в предыдущие
годы, оказываются бесполезными против нового типа заболевания. Поэтому
так оперативно велась в прошлом году разработка вакцин против
высоковирулентного (отличающегося большим масштабом распространения) вируса «свиного гриппа» H1N1.
Более
того, противовирусные препараты, хорошо зарекомендовавшие себя, теряют
эффективность. Использовавшиеся с 1969 года амантадин (лекарства симадин и симметрел) и римантадин (флюмадин) больше не входят в списки рекомендованных Центром по контролю инфекционных заболеваний США.
За
полвека вирус сильно изменился: лекарства побеждали его, блокируя
работу на поверхности мембраны вирусной оболочки одного из белков (его называют М2), которого в современных вирусах в «традиционном» виде не существует.
Этот белок отвечает за изменение водородного показателя (рН),
то есть химической жесткости среды – кислой или щелочной – внутри
клетки. Только при его участии генетический материал вируса способен
проникнуть в клетку и начать там размножаться. В «новых»
вирусах пространственная структура М2 заметно изменилась, а в таких
случаях даже небольшое варьирование расстояния между атомами и их
взаимного расположения в пространстве не позволяет лекарственному
препарату связываться с белком и делает его непригодным.
Обе научные группы изучали структуру белка с помощью модификаций одного
из самых действенных современных методов исследования структуры
биомолекул – спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
За развитие этого метода швейцарец Курт Вютрих получил в 2002 году
половину Нобелевской премии по химии. Правда, Вютрих занимался
исследованием биомолекул в растворе, а структура М2 была определена с
помощью ЯМР в твердой фазе.
Метод ЯМР основан на
анализе спектра, возникающего при взаимодействии ядер атомов в сложных
молекулах с электромагнитным излучением. Характер этого взаимодействия
зависит от окружения атома, поэтому по спектру можно разобраться в
структуре всей молекулы, «собрав» ее из частичек окружения каждого отдельного ее атома.
ЯМР
используется в разных модификациях. Кроме фазы, в которой находится
исследуемое вещество, меняется частота используемого излучения, сила
магнитного поля, проводится анализ окружения тех или иных типов атомов.
В экспериментах, о которых рассказывает Science, использовались «бриллианты» техники ЯМР – спектрометр с магнитом весом 40 т, позволяющий достичь частоты излучения в 900 МГц.
Изучение
структуры белка М2 показало, как он мутировал и какие типы мутации
являются опасными, то есть развивают патогенность вируса, а какие
приводят к его «засыпанию», не позволяя ему инфицировать здоровые клетки организма-хозяина.
Так был выявлен круг опасных мутаций М2, с которыми надо бороться.
Наличие такого ограниченного набора позволяет начать работу по поиску
биологически активных веществ, которые потенциально могут связываться с
активными участками этого белка и, таким образом, блокировать его работу
в клетках человеческого организма.
«Устойчивость
вирусов и бактерий к лекарствам – фундаментальная проблема современной
медицины. Истоки ее в неправильном, недостаточном или, наоборот,
избыточном употреблении лекарств», – отметил профессор химии Тимоти
Кросс, директор программы ЯМР в Университете Флориды и соавтор одной из
статей.
«В этой работе нам
удалось выявить базовые основы того, как мутации влияют на работу
вируса, изменяют его свойства. Без этих знаний невозможно осознанно
подходить к поиску лекарственных средств для борьбы с ними. Мы
опубликовали точную структуру «мишени»,
в которую должны целиться направленно работающие терапевтические
препараты будущего. Теперь можно начать пристреливаться, – подытожил
один из авторов работы, биофизик Дэвид Бусат.