Несмотря на свои небольшие размеры, капсиды — вирусные оболочки — это одни из самых эффективных контейнеров для доставки генетического материала. Вирусы состоят из многочисленных копий одного или нескольких белков, имеющих электрический заряд, который зависит от кислотности (он же уровень pH) окружающей среды. Из-за этого многие этапы жизненного цикла вирусов контролируются уровнем pH. Например, его изменение может запускать процесс созревания капсидов и изменение их формы, в результате чего вирусы получают способность заражать клетки.

Ученые Физического факультета ЮФУ разработали модель вируса в виде упругой тонкой оболочки с встроенными в нее зарядами. На ее основе исследователи составили теорию, как изменение электрических взаимодействий между белками может влиять на изменения формы капсида.

В рамках этой теории были изучены изменения формы бактериофага Р22. Ученым было известно, что в процессе созревания оболочка этих вирусов увеличивается и из сферической превращается в более ограненную. Выяснилось, что вирус увеличивается в процессе упаковки ДНК из-за выхода белков из своей оболочки, а форма становится более правильной из-за электростатического взаимодействия белков внутри вируса во время его развития.

Также эта модель была применена к коронавирусам. Их оболочка не такая жесткая, так как помимо белков содержит липиды, и может иметь самую разную форму: круглую, цилиндрическую и даже конусообразную. Капсид коронавируса содержит шипы, которые позволяют более эффективно заражать клетки. В рамках разработанной модели удалось выяснить связь между формой оболочки и расположением этих шипиков — оказалось, что они располагаются на более выпуклой стороне капсида, что делает заражение еще более эффективным.

“И созревание белковых вирусных капсидов, сопровождающееся изменением их формы, и встраивание шипов в липидные оболочки коронавирусов являются ключевыми этапами формирования способных заражать клетки вирусов. Построенная нами теория помогает выявить ключевые механизмы, управляющие этими процессами, что может быть полезно при разработке антивирусных стратегий, направленных на их нарушение”, — рассказывает Сергей Рошаль, старший научный сотрудник Физического факультета ЮФУ.

Еще одна возможность для применения такого исследования — развитие технологий адресной доставки лекарств с помощью белковых наноконтейнеров. Так лекарства смогут доходить прямо до нужной клетки, а “распаковка” такого контейнера будет происходить в среде с определенным pH.

Исследование опубликовано в журнале Nanoscale, грант Российского научного фонда № 22-12-00105 «Физические принципы самосборки вирусов и их взаимодействия с окружающей средой, в том числе с материалами, пригодными для создания противовирусных фильтров».

Текст: Полина Бринза, ред: Юлия Сопрунова