С помощью компьютерного моделирования российские биофизики и специалисты по синтетической биологии создали карту распределения электростатических зарядов на поверхности вируса SARS-CoV-2. Полученные данные позволят лучше понять механизмы взаимодействия коронавируса с клетками и его чувствительность к противовирусным препаратам.
Пандемия коронавирусной инфекции, вызванной SARS-CoV-2, стала беспрецедентным испытанием для системы здравоохранения и научного сообщества. Поэтому возбудитель Covid-19 наряду с другими представителями того же семейства (Ученые различных специальностей, а не только вирусологи и иммунологи, продолжают активно изучать (SARS-CoV, MERS-CoV и так далее.
Биофизики также внесли свой вклад, применяя физические методы и компьютерное моделирование для изучения биологических объектов. Например, группа ученых с биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, представляющая кафедры биофизики и синтетической биологии, определила распределение электростатического заряда на поверхности вириона SARS-CoV-2.
Электростатические взаимодействия — это притяжение и отталкивание молекул и их частей, которые возникают из-за неравномерного распределения по ним электронов, то есть их заряда. В жизни вирусной частицы это свойство играет важную роль, поскольку влияет на ее взаимодействия с клеткой-хозяином, антителами (которые использует иммунная система), лекарствами и различными поверхностями.
Авторы, используя модель со средним разрешением, созданную совместно коллегами из США и Нидерландов статьи в International Journal of Molecular Science создали подробную карту, которая описывает заряд поверхности SARS-CoV-2.
По результатам исследований, общая поверхность вируса имеет положительный заряд: суммарное значение положительных зарядов превышает суммарное значение отрицательных. В то же время заряд вириона очень неоднороден: он имеет крупные участки как с положительным, так и с отрицательным зарядом.
Первые связаны с молекулами, несущими отрицательный заряд спайкового белка (S-белка), а также отрицательно заряженными липидами (молекулами, образующими мембрану вирусной частицы). Такие липиды склонны образовывать домены («островки»), зачастую вокруг расположенных на поверхности вириона M- и Е-белков (они, напротив, заряжены положительно).
Белки E способны формировать пентамеры, представляющие собой комплексы из пяти идентичных молекул, на внешней стороне мембраны. Эти пентамеры, взаимодействуя с окружающими их липидами, создают «кольца» с отрицательным зарядом».
В отдельном вычислительном эксперименте с помощью броуновской динамики моделировали взаимодействия SARS-CoV-2 с противовирусным средством — производным фталоцианина. Это соединение обладает свойствами фотодинамического красителя, что означает его способность генерировать свободные радикалы под воздействием света, разрушающие вирусную частицу. Авторы статьи и их коллеги в настоящее время продолжают проект, направленный на использование этого соединения фотодинамический эффект для уничтожения SARS-CoV-2 и прочих вирусов.
Объект исследования, являясь катионом, демонстрировал избирательное взаимодействие с областями вириона коронавируса, несущими отрицательный заряд.
«Электростатическая карта поверхности SARS-CoV-2 демонстрирует, как положительно заряженные противовирусные молекулы могут взаимодействовать с поверхностью коронавирусов, которая также имеет положительный заряд. Кроме того, она позволяет определить на поверхности коронавируса участки, где происходит связывание заряженных молекул и противовирусных соединений», — подвел итог один из авторов, доктор физико-математических наук и ведущий научный сотрудник кафедры биофизики Илья Коваленко.