Цивилизация
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.