Учёные определили десятки человеческих белков, от которых зависит SARS-CoV-2 — вирус, вызывающий COVID-19, — для репликации и распространения. Об этом говорится в недавнем исследовании, опубликованном в журнале PLOS Biology [1].
Результаты исследования могут проложить путь к новым противовирусным препаратам
Результаты исследования могут проложить путь к созданию новых противовирусных препаратов, нацеленных на организм хозяина, а не на сам вирус, — считает Джадд Хултквист, доктор философии, доцент медицины в отделении инфекционных заболеваний и микробиологии-иммунологии, который был соавтором исследования.
«SARS-CoV-2, как и любой вирус, должен проникнуть в клетку, начать репликацию своего генома, а затем начать создавать все строительные блоки, необходимые для производства новых вирусов-потомков», — сказал Хултквист.
«Для многих из этих процессов вирус использует нашу собственную клеточную архитектуру, но у нас было неполное представление о том, какие именно человеческие белки вирус использует на разных этапах своего цикла репликации», — добавил он.
Более чувствительный, но ресурсоёмкий метод
В отличие от более ранних исследований, в которых проводился скрининг генов, вызывающих наибольшие изменения в репликации вируса в одном большом пуле клеток, в этом исследовании использовался более чувствительный, но ресурсоёмкий метод, где влияние каждого гена измерялось индивидуально в больших массивах. Этот подход позволил учёным измерить влияние подавления каждого гена в геноме человека на репликацию SARS-CoV-2, а затем определить точную стадию жизненного цикла вируса, для которой он был важен.
Используя эту технологию, команда определила 69 белков, необходимых вирусу для репликации, в том числе 10 — для проникновения вируса в клетку хозяина, 32 — для репликации вирусного генома и 27 — для сборки новых вирусных частиц.
Многие из этих белков также оказались важными для жизненного цикла родственных коронавирусов, включая другие пандемические коронавирусы (такие как SARS-CoV-1 и MERS-CoV) и даже некоторые сезонные коронавирусы (например, OC43-CoV), вызывающие обычную простуду. Это говорит о том, что эти белки могут быть универсальными мишенями для противовирусных препаратов широкого спектра действия, которые могут лечить многие различные инфекции.
«Наша стратегия индивидуального нацеливания на каждый ген в геноме позволила нам раскрыть много новой биологии и факторов хозяина, которые уникальным образом влияют на поздние стадии репликации вируса», — сказал Хултквист. «К ним относятся многие гены и белки, которые важны для жизненного цикла вируса, но которые мы никогда не смогли бы идентифицировать, используя стандартные методы».
Три основных клеточных пути, участвующих в репликации вируса
Объединив свои результаты с данными из предыдущих генетических и белковых исследований, учёные обнаружили три основных клеточных пути, участвующих в репликации вируса. Первый был связан с клеточной коммуникацией и развитием; второй — с производством клеточной энергии, а третий — с воспалением и реакцией клеток на стресс.
Возможность подавления репликации SARS-CoV-2 у мышей с COVID-19
В конце концов исследователи попытались выяснить, способны ли какие-либо препараты, нацеленные на эти белки и пути, подавлять репликацию SARS-CoV-2 у мышей с COVID-19. Они обнаружили несколько препаратов, которые смогли значительно снизить вирусную нагрузку у мышей, согласно полученным данным.
«Эти препараты на самом деле проходят клинические испытания для лечения рака и активно изучаются как часть стратегии лечения ВИЧ, поэтому было весьма волнительно увидеть, что они также могут действовать как противовирусные препараты против SARS-CoV-2», — сказал Хултквист.
Вместе взятые, эти новые открытия не только углубляют научное понимание того, как SARS-CoV-2 взаимодействует с клетками хозяина, но и выделяют потенциальные мишени для лекарств, которые могли бы остановить вирус, выводя из строя факторы хозяина, от которых он зависит.
Дальнейшая работа
В дальнейшем Хултквист сказал, что он и его коллеги будут работать над выявлением препаратов, эффективных против нескольких штаммов коронавирусов.
«Мы пытаемся использовать белковые сети, описанные в этом исследовании, для выявления консервативных мишеней для лекарств для скрининга в поисках противовирусных препаратов широкого спектра действия», — сказал Хултквист. «Кроме того, мы сосредоточены на механистическом понимании того, как несколько из этих белков влияют на жизненный цикл вируса SARS-CoV-2 и других родственных коронавирусов».
Исследование проводилось при сотрудничестве учёных со всего мира, включая исследователей из Имперского колледжа Лондона, Научно-исследовательского института Скриппса в Калифорнии и Харбинского ветеринарного исследовательского института в Китае.
«Более половины авторов этой статьи — аспиранты, студенты-медики и постдоки, которые получили возможность благодаря этой работе участвовать в фундаментальных исследованиях и обучаться научному мышлению. Такой тип образования имеет решающее значение для подготовки следующего поколения учёных и врачей, и это стало возможным только благодаря поддержке, которую мы получили от федеральных грантов и агентств», — сказал Хултквист.
[1] Исследование опубликовано по адресу: https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002738
[Предоставлено Северо-Западным университетом]
[Подробнее о биологии и медицине]