Структуру опасных патогенов человека исследовали с помощью химерных вирусов

Австралийские ученые разработали подход, который позволяет изучать структуру патогенных флавивирусов без опасности для человека. Они заменили гены структурных белков флавивирусов насекомых на гены вирусов лихорадки Западного Нила, энцефалита долины Мюррей и денге. Криоэлектронная микроскопия позволила получить структуру с разрешением до 2,5 Å.

Credit:
Mohd Hairul Fiza Musa | 123rf.com

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.

Источник

Hardy, J.M. et al. // A unified route for flavivirus structures uncovers essential pocket factors conserved across pathogenic viruses. // Nature Communications 12, 3266 (2021), published online 01 June 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-22773-1

Добавить в избранное

Вам будет интересно