Структуру опасных патогенов человека исследовали с помощью химерных вирусов

В семейство Flaviviridae входят такие опасные патогены, как вирусы денге, Зика, лихорадки Западного Нила и японского энцефалита. Однако многие флавивирусы не заражают позвоночных, размножаясь только в комарах; их называют insect-specific flaviviruses (ISF). Для разработки вакцин и таргетной терапии важно изучение структуры вируса. Сложность в том, что многие особенности структуры можно изучить только на целом вирусе, но работать с патогенами напрямую опасно. Ученые из Австралии разработали новый подход: они создали химеры из ISF вируса Бинджари (BinJV) и патогенных вирусов и изучили их структуру.

Для получения химерной ДНК использовали кольцевую полимеразную реакцию (circular polymerase extension reaction, CPER). Гены структурных гликопротеинов мембраны (prM) и оболочки (E) вируса Бинджари заменили на соответствующие гены флавивирусов, патогенных для человека. Продукт реакции трансфицировали в клетки насекомых и получили химерные вирусы.

Сначала на примере вируса лихорадки Западного Нила с помощью криоэлектронной микроскопии показали, что оболочка вируса дикого типа практически идентична оболочке химерного флавивируса.

Далее структуру химерного вируса энцефалита долины Мюррей определили с разрешением 3,7 Å. Вирус дикого типа слишком опасен, чтобы работать с ним без инактивации в большинстве лабораторий, имеющих электронный микроскоп. Ученые определили, что структура гликопротеинов prM и E этого патогена типична для флавивирусов. Они дополнительно проанализировали вирус японского энцефалита и заключили, что флавивирусы, вызывающие энцефалит, имеют консервативные мотивы. Так, у всех трех вирусов присутствует аминокислота Glu244, связанная с нейровирулентностью.

Самых лучших результатов исследователи добились с химерным вирусом денге. Им удалось получить структуру с разрешением 2,5 Å, в том числе благодаря большому количеству частиц. Впервые были визуализированы упорядоченные молекулы воды в вирионе. В очередной раз подтвердилось, что структура отдельного белка E сильно отличается от таковой в вирионе.

Также для всех флавивирусов, способных заражать позвоночных, показали наличие двух консервативных лиганд-связывающих сайтов в области «стебля» гликопротеина Е. У незрелых вирусов эти структуры отсутствуют. Авторы исследования высказали предположение, что они служат для стабилизации зрелых вирусных частиц.

Таким образом, был разработан и проверен подход, который позволяет получать безопасные химерные вирусы для изучения патогенов человека. Авторы надеются, что он поможет в разработке вакцин и терапевтических препаратов.