Создана самая стабильная 3D-модель трансмембранного домена S-белка коронавируса
Команда российских ученых с участием исследователей из МИЭМ НИУ ВШЭ представила 3D-модель трансмембранного (ТМ) домена S-белка вируса SARS-CoV-2. Ранее считалось, что ТМ-домен нужен только для закрепления S-белка вируса в его мембране, а все перестроения и слияние с клеткой-мишенью обеспечивают другие участки. Недавние исследования показывают, что ТМ-домен влияет на процесс передачи генетической информации, но точного понимания его роли еще нет. Ученые считают, что созданная модель поможет детальнее понять механизм работы вируса и применять эти знания для разработки нового типа лекарств.
Исследование опубликовано в журнале International Journal of Molecular Sciences. Ученые называют вирусы неклеточной формой жизни или даже организмами на границе живого. Все потому, что у вирусов нет собственного обмена веществ и для существования им нужны клетки другого организма. Эта особенность отражается на строении: оболочка вирусов усеяна специальными белками, которые помогают распознать рецепторы клеток-мишеней и прикрепиться к ним. У коронавируса эту функцию в основном выполняют S-белки (spike), или «белки-шипы», которые на микрофотографиях и создают вокруг вирусов узнаваемую «солнечную корону».
S-белок (белок слияния, спайк-белок) коронавируса взаимодействует с ангиотензин-превращающим ферментом (АПФ) клетки-мишени, который регулирует у человека артериальное давление и водно-электролитный баланс. Так вирус обманывает защиту организма и связывается с клетками. Для создания вакцин и лекарств важно понимать механизм действия вируса, поэтому внемембранные участки S-белка, участвующие в распознавании и захвате клеток, хорошо изучены. Но за кадром оставался трансмембранный домен S-белка — участок молекулярной структуры, расположенный внутри мембраны оболочки вируса. Команда российских ученых с участием биофизиков НИУ ВШЭ проанализировала особенности этого участка и представила 3D-модель трансмембранного домена S-белка.
Спайк-белок состоит из трех одинаковых полипептидных цепей, которые особым образом скомпонованы и соединены друг с другом. Когда вирус попадает в организм, внешний участок S-белка связывается с рецептором на поверхности клетки. Белки нашего организма — протеазы — разрезают белок и обнажают ранее скрытые участки. Структура S-белка меняется, он встраивается в мембрану клетки и, подобно тросам, подтягивает ее к себе. Благодаря этому мембраны сливаются, образуется канал, по которому вирусная РНК (генетический материал) проникает в клетку хозяина.
Внимание к тому, как в этих процессах участвует трансмембранный домен — небольшой участок спайк-белка, форма которого внешне напоминает пружинку, — ученые стали проявлять в период пандемии. Ранее считалось, что домен нужен только для закрепления S-белка в мембране вируса, и его подробно не изучали. Сейчас ученые предполагают, что особенности структуры ТМ-домена критическим образом влияют на механизм работы спайк-белка и нужно учитывать их в моделях. Однако, как отмечают авторы статьи, создать такую модель сложно.
«Экспериментальными методами тяжело воссоздать структуру белка, если в нем есть участки, связанные с мембраной. Как только вы извлекаете трансмембранный домен из его природного мембранного окружения, он теряет пространственную структуру, и уже нельзя понять, как именно молекула организована в своем функционально активном состоянии», — поясняет профессор департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ Роман Ефремов.
Чтобы решить этот вопрос, ученые использовали компьютерное моделирование. Алгоритм помогал подобрать из базы данных такие структуры тримеров альфа-спиралей белка, свойства мономеров которых были бы наиболее подходящими для оптимальной упаковки ТМ-домена. Сравнивали физико-химические свойства ТМ-пептидов, а также сходство между распределениями гидрофильных и гидрофобных свойств на поверхности белковых спиралей ТМ-домена. Затем модели скорректировали с учетом результатов разработанной авторами программы для предсказания димерной структуры ТМ-спиралей. Стабильность построенных моделей ТМ-домена S-белка подтвердили в расчетах его молекулярной динамики в явно заданном липидном бислое, имитирующем мембрану вируса.
«На сегодняшний день это единственная плотно упакованная, стабильная модель ТМ-домена S-белка. С помощью коллег из лабораторий Института биоорганической химии РАН мы будем рассматривать структурно-динамическое поведение ТМ-доменов уже в ходе экспериментов, — объясняет Роман Ефремов. — Это важно для понимания роли ТМ- и примембранных участков в процессе слияния и передачи генетической информации. Если мы это выясним с помощью моделей, то сможем эффективно разрабатывать средства борьбы с вирусами. Например, создавать молекулы, которые будут снижать скорость работы вируса, меняя характеристики взаимодействия с мембраной определенных областей спайк-белка. В результате он не будет так быстро распространяться и станет гораздо менее опасным».
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно