В шаге от средства профилактики и лечения клещевого энцефалита
НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г. П. Сомова во Владивостоке и Лимнологический институт СО РАН в Иркутске проводят совместные исследования по поиску эффективных средств для профилактики и ранней терапии клещевого энцефалита. Как рассказывают учёные, одни из них позволят превращать патогенный штамм в безопасный, а другие – просто не дадут вирусу проникнуть в организм.
Сибирь и Дальний Восток – традиционные районы распространения клещевого энцефалита, что объясняет интерес учёных из Владивостока и Иркутска к этому заболеванию. Но в последнее время случаи заражения всё чаще встречаются и в средней полосе России, на северо-западе страны, в Поволжье.
Лаборатория флавивирусных инфекций в НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г. П. Сомова – один из известнейших научных коллективов, занимающихся этой проблемой. Сотрудниками подробно изучена характеристика более 50 штаммов вируса клещевого энцефалита, что составляет две трети от всех изученных в науке. На основе собранного материала учёные с коллегами из Лимнологического института ведут поиск новых препаратов, которые помогли бы более эффективно бороться с опасной болезнью.
«Мы изучили огромное количество штаммов вируса клещевого энцефалита. Они разнятся – есть более опасные, есть менее опасные, есть те, которые не вызывают заражения. В результате нам удалось установить, какие именно участки генома отвечают за болезнетворность», – рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории флавивирусных инфекций, д.б.н. Наталья Крылова.
Иркутский коллега, заведующий лабораторией аналитической биоорганической химии Лимнологического института СО РАН д.б.н. Сергей Беликов, защитивший в 2000 году во Владивостоке докторскую диссертацию «Молекулярно-генетические подходы к изучению РНК-содержащих вирусов на моделях морбиливируса байкальской нерпы и вируса клещевого энцефалита», дополняет: «Проанализировав геномы dbhecf клещевого энцефалита, мы выделили две группы штаммов: патогенные и не вызывающие заболевания, и установили, что различие кроется именно в структуре вируса. Было найдено несколько ключевых замен аминокислот, которые изменяют конформацию вирусных белков. Учитывая это, можно разрабатывать лекарственные средства направленного действия, моделирующие «превращение» вируса в его «безопасный» вариант».
Исследователи рассчитывают изменение конформации двух белков-мишеней, но потенциальное лекарственное средство пока найдено только для одного из них. Эта мишень – комплекс двух вирусных белков NS2B и NS3 (протеаза), которые не входят в структуру самого вируса, но, синтезируясь в заражённой клетке, обеспечивают его размножение.
Так, оказалось, что в «строении» комплекса NS2B-NS3 есть некая петля, положение которой различается у вариантов, обладающих разной патогенностью. У болезнетворных штаммов активный центр протеазы открыт и пропускает вирусный белок, который должен расщепиться на 10 себе подобных. А у субклинических форм, наоборот, активный центр замкнут – к нему не подойти. В этом случае вирус «плодится» неэффективно и организм легко справляется с ним с помощью антител.
Учёные решили смоделировать ситуацию, при которой лекарство связывается с определённым участком протеазы, закрывая активный центр и, тем самым, препятствует размножению вируса. Новшество их подхода заключается в том, чтобы блокировать подход «болезнетворного» белка к протеазе, а не сам активный центр. Последнее небезопасно, поскольку воздействует не только на вирусную, но на множество других необходимых для жизнедеятельности организма протеаз, что может привести к появлению побочных эффектов.
«Известна база данных по трёхмерным структурам протеазы. Нашего вируса нет, но можно предсказать форму комплекса с помощью гомологичного моделирования с использованием суперкомпьютера. Затем методами молекулярной динамики подтверждается стабильность этой структуры, а дальше нужно, снова с помощью вычислительной техники, добавлять потенциальные лиганды и перебирать все имеющиеся лекарства», – продолжает Сергей Беликов.
Проблема в том, что в базе данных существует около 200 тысяч соединений. И для каждого из них нужно оценить взаимодействие с комплексом NS2B-NS3. Так как у исследователей было мало ресурсов, они взяли укороченную версию базы (2000 соединений), куда входят только лекарственные средства – если какое-то из них подойдёт, то оно уже прошло все стадии проверки биологической активности, имеет изученное побочное действие. В результате расчётов был получен список из 20 соединений.
«Затем средства гранта на эту работу закончились, однако, оказалось, два из этих двадцати потенциальных претендентов продаются в аптеках (правда, их противовирусное действие ранее никто не исследовал). Один из экспериментов на мышах показал очень хороший эффект – он уменьшил действие вируса в 10 тысяч раз. Биологические испытания ещё не закончены. В нашем списке около 20 соединений, некоторые из них могут блокировать размножение вируса более активно, но их нет в нашей аптечной сети. Теперь нам нужен заказчик, который профинансирует завершение этой работы», –отмечает Сергей Беликов.
Денег нет не только на продолжение исследований. Во Владивостоке сотрудники НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г. П. Сомова больше месяца сидели без зарплаты. Если найдутся заинтересованные ведомства или патриотически настроенные представители финансового или делового истэблишмента, больше пекущиеся о благополучии соотечественников, нежели о зарубежных футбольных клубах, то работа учёных будет закончена.
Между тем, ими разрабатывалось и перспективное противовирусное средство на основе аптамеров. Правда, оно не лечит, но зато и не позволяет вирусу проникнуть в организм. Это средство – аналого антител, подобно им оно способно связываться с поверхностью вирусной частицы, но (и в этом его положительное от них отличие) может храниться годами при любых температурах. Аптамеры являются фрагментами ДНК, а не белками. Синтез этих соединений примерно в 10 раз дешевле, чем наработка антител, однако сначала требуется провести очень тщательный отбор вариантов, способных связываться с вирусом и препятствовать его проникновению в клетку и размножению.
«Мы получили и расшифровали пул аптамеров, которые связываются специфично с вирусным белком. Дальше нужно брать каждую из этих последовательностей и проверять на активность», комментирует Сергей Беликов. По его словам, если удастся синтезировать искомое соединение, его можно будет наносить на специальный пластырь с микроиголочками. Наклеив пластырь на место укуса, пострадавший избежит заражения, и ему не потребуется срочно обращаться в больницу для введения сыворотки.
А работа сотрудников лаборатории флавивирусных инфекций владивостокского НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г. П. Сомова позволяет и вовсе свести затраты к минимуму. Вот как объясняет заведующая лабораторией, Заслуженный деятель науки России, доктор медицинских биологических наук, профессор Галина Леонова: «Это, по сути, использование уже готовых, известных для медицины средств, но по другому назначению. Никто просто раньше не проверял, как они помогают при энцефалите. Некоторые из них можно легко купить в аптеке. Для государства, для здравоохранения это практически бесплатно».