Ученые из Гарвардской медицинской школы и медицинской школы имени Чобаняна и Аведисяна Бостонского университета выявили критический компонент вируса Нипах — смертельно опасного патогена, переносимого летучими мышами. Вирус вызывает вспышки заболевания среди людей почти каждый год с момента его выявления в 1999 году.
Результаты исследования, опубликованного 20 января в журнале Cell, еще на шаг приблизили ученых к разработке лекарственных средств, необходимых для лечения инфекции, вызываемой вирусом Нипах. В настоящее время не существует вакцин для предотвращения или смягчения последствий заражения вирусом Нипах и эффективных методов лечения этого заболевания, кроме поддерживающей терапии.
Вирус, который переносят плодовые летучие мыши, может передаваться свиньям и людям. Он также может передаваться людям через зараженные пищевые продукты и непосредственно от человека к человеку воздушно-капельным путем при кашле. Всемирная организация здравоохранения объявила вирус Нипах приоритетным патогеном, которым обозначаются организмы, способные вызывать серьезные вспышки и требующие срочных исследований для разработки стратегий профилактики и лечения.
Исследователи опасаются, что вирус Нипах может спровоцировать пандемию, поскольку способен распространяться воздушно-капельным путем, выделяясь из дыхательных путей зараженных. Кроме того, данные свидетельствуют о том, что некоторые инфицированные люди, у которых развиваются более легкие неспецифические симптомы вируса Нипах, могут передавать вирус в процессе носительства даже после полного выздоровления.
В тяжелых случаях инфекция может вызвать острый респираторный синдром и энцефалит — воспаление головного мозга, что может привести к серьезным неврологическим нарушениям и смерти. По оценкам Центров по контролю и профилактике заболеваний, вирус убивает от 40 до 75% инфицированных. Для сравнения, вирус Эбола убивал от 25 до 90% инфицированных во время прошлых вспышек, при этом средний уровень смертности составляет 50%.
В новом исследовании ученые сосредоточились на части механизма, называемой вирусным полимеразным комплексом. Это группа белков, которые вирус использует для копирования своего генетического материала, распространения и заражения клеток.
В работе представлена подробная трехмерная картина полимеразы вируса и ее ключевых характеристик. Понимание структуры и поведения этой важнейшей части вирусного механизма позволяет понять, как патоген размножается внутри своих хозяев.
По словам исследователей, до сих пор структура и функции полимеразы вируса Нипах оставались малоизученными, и они предупредили, что потребуются дальнейшие исследования, чтобы полностью понять, как полимераза производит различные типы генетических материалов, которые позволяют вирусу размножаться.
Тем не менее, по словам команды, раскрытие этой части вирусного аппарата является первым шагом на пути к пониманию внутренней работы опасного вируса.
«Определение того, как регулируется полимераза для включения и выключения различных ферментативных активностей, необходимых для репликации вируса, изменило бы ситуацию, и это исследование представляет собой ключевой шаг на пути к достижению этой цели», — полагают соавтор исследования Рэйчел Фернс, заведующая кафедрой, и профессор вирусологии и иммунологии Эрнест Барсамян на медицинском факультете Бостонского университета имени Чобаняна и Аведисяна.
Раскрытие молекулярной структуры вирусного полимеразного комплекса обеспечивает основу, опираясь на которую можно разрабатывать методы лечения.
«Новое понимание может помочь нам определить функциональные свойства структуры полимеразы, которые могут быть использованы в качестве мишеней для лекарственных препаратов», — уверен соавтор Джонатан Абрахам, доцент кафедры микробиологии Гарвардской медицинской школы и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.
После того, как исследователи разобрались со структурой фермента, они более внимательно изучили, как различные части фермента влияют на функции, которые он выполняет. Понимание роли этих частей и того, как они могут занимать разные позиции, должно дать ключ к блокировке распространение вируса.
Исследователи провели эксперименты двумя различными способами. Во-первых, они очистили полимеразу и определили ее структуру с помощью криоэлектронной микроскопии — метода, который позволяет ученым визуализировать структуру биологических образцов в масштабе отдельных молекул.
Во-вторых, они индуцировали мутации в полимеразе, а затем наблюдали за поведением мутировавшей полимеразы в клетках, чтобы понять, как эти мутации влияют на ее функцию.
«Выявляя как уникальные, так и общие характеристики полимераз вируса Нипах, по сравнению с другими вирусными полимеразами, наше исследование дает важную информацию, которая может помочь в разработке противовирусных препаратов широкого спектра действия», —- сказал соавтор исследования Хису Ким, научный сотрудник лаборатории Фирнса.
Исследователи отмечают, что есть один многообещающий пероральный препарат-кандидат, разработанный учеными из Университета штата Джорджия, который работает против вирусов, родственных вирусу Нипах, но не против самого вируса.
Чтобы понять, почему этот препарат-кандидат неэффективен против вируса Нипах, исследователи провели различные имитационные исследования, чтобы выяснить, улучшат ли определенные структурные изменения в вирусной полимеразе способность препарата связываться с вирусом.
Исследователи определили специфическую часть вирусной полимеразы, которая может стать мишенью для лекарств. Это, в свою очередь, может послужить основой для разработки низкомолекулярных ингибиторов, которые разрушают вирусную полимеразу и делают вирус Нипах восприимчивым к лечению.
«Мы надеемся, что наши результаты вызовут интерес и побудят других к дополнительным исследованиям, что позволит по-новому взглянуть на смертельно опасный патоген», - сказал Сайд Ху, соавтор исследования и научный сотрудник лаборатории Абрахама.
Недавно ученые создали алгоритм отслеживания лекарственных препаратов, введенных в организм.
