Создать специальные наноконтейнеры, в которых лекарства будут поступать прямо в пораженные органы и ткани человека, ученые смогут по аналогии с белковой «броней» циповирусов. Эти паразиты вызывают кишечные инфекции у насекомых.
Тайну белковой капсулы разгадали ученые из Южного федерального университета в Ростове-на-Дону с коллегами из Китая. Они выяснили, почему белковый нанокристалл вируса разбирается именно в подходящий для заражения момент – исследователям уже было известно, что внешняя «броня» вируса распадается, когда он попадает в щелочную среду желудка насекомого. Как оказалось, это связано с тем, что в таких условиях белки нанокристалла приобретают отрицательный заряд и начинают отталкиваться друг от друга, из-за чего защитный белковый слой разрушается.
Интересно, что белковый нанокристалл – это дополнительная защита, которая есть далеко не у всех вирусов. Обычно они покрыты только капсидом – белковой оболочкой, которая спасает вирусный геном от воздействия окружающей среды и позволяет доставить вирус в «пункт назначения». Однако в случае с циповирусами зараженные клетки начинают вырабатывать белок полиэдрин – его также называют вирусным полиэдром. Он и образует вокруг вируса кристаллы в форме куба, напоминающие по форме кристаллы обычной поваренной соли.
Определить детальное устройство этих нанокристаллов ученые смогли с помощью математических расчетов и 3D-моделирования белковых молекул. Как выяснили исследователи, несмотря на то, что капсиды циповирусов имеют форму двадцатигранников, а вирусные полиэдры — кубическую форму, они все равно плотно прилегают друг к другу. Внутри белковой капсулы могут образовываться полости или «гнезда», форма которых как раз подходит для размещения капсида. И такой плотный контакт — одна из причин невероятной стабильности образующейся структуры.
Используя модель белковой «брони» циповирусов для создания наноконтейнеров-доставщиков лекарств, ученые смогут модифицировать белки и влиять на то, какой заряд будут иметь молекулы в тех или иных условиях. Соответственно, специалисты смогут решать, при какой кислотности контейнер будет разбираться и высвобождать препарат, который содержится в нем.
«На сегодняшний день наноконтейнеры для доставки лекарств часто пытаются делать на основе углеродных нанотрубок. Однако у них есть недостатки: не совсем понятно, при каких условиях и как полезные молекулы, присоединенные к нанотрубкам, будут отсоединяться, достигая нужных тканей. Кроме того, нанотрубки могут быть токсичны для организма. Наше исследование показало, что разборкой белковых полиэдриновых капсул можно легко управлять, что делает их удобнее нанотрубок. Белки присутствуют во всех клетках и тканях нашего организма, они абсолютно безопасны и нетоксичны», — рассказал руководитель проекта, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Нанотехнология» Южного федерального университета Сергей Рошаль.
В будущем авторы исследования планируют также выяснить, как на сборку и разборку капсидов влияет хиральность составляющих их белков – то есть отличия, подобные тем, что наблюдаются между правой и левой руками. Другими словами, белки могут иметь правую и левую хиральность – в этих двух случаях они будто зеркально отражены. И белки не могут соединяться со своими «отзеркаленными» вариантами.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Nanoscale Advances.
