Новости

Международная группа исследователей под руководством Института вирусологии Лейбница раскрыла важнейшие детали того, как герпесвирусы покидают клеточное ядро, не нарушая целостности ядерной оболочки.     В исследовании, опубликованном 25 июня в журнале Nature Microbiology, использовалась современная электронная криотомография для визуализации соответствующих структур. Полученные результаты могут открыть путь к разработке более эффективной противовирусной терапии для борьбы с герпесвирусными инфекциями.    Герпесвирусные инфекции широко распространены во всем мире и вызывают значительные проблемы со здоровьем и опасные для жизни осложнения у людей с ослабленным иммунитетом. Герпесвирусы реплицируют свою ДНК в ядре инфицированных клеток. После репликации геном упаковывается во вновь собранные вирусные капсиды, икосаэдрические белковые контейнеры диаметром около 125 нм. Затем они выходят из ядра и попадают в цитозоль клетки, где подвергаются окончательной сборке и формированию оболочки и в конечном итоге высвобождаются из клетки.    Высвобожденные вирусные частицы могут вторгаться в соседние клетки, прорывая клеточную мембрану путем слияния мембран. Помимо эпителиальных клеток, инфицированию подвергаются и нейроны. В последних герпесвирусы могут вызывать пожизненную персистентную инфекцию. В латентный период  инфекционные вирусы не выделяются из зараженной клетки, что делает их недоступными для противовирусных препаратов. При стрессе или других воздействиях, например, ультрафиолетовом свете, инфекции могут реактивироваться.    В настоящее время для лечения герпесвирусных инфекций существует всего несколько видов противовирусных препаратов. Они могут облегчить симптомы и сократить продолжительность инфекции, но не способны полностью вывести вирус из организма. Поэтому сохраняется потребность в новых методах лечения, позволяющих более эффективно бороться с резистентностью к имеющимся противовирусным препаратам. Это необходимо не только для улучшения качества жизни всех людей, страдающих от герпесвирусов, но и особенно важно для людей с ослабленным иммунитетом, у которых герпесвирусная инфекция может представлять угрозу для жизни.    Новое исследование посвящено вирусу простого герпеса. В экспериментах, в качестве модельного вируса герпетических инфекций человека, использовался также вирус PrV. Герпесвирусы имеют много общих фундаментальных механизмов и структур, поэтому знания, полученные с помощью PrV, часто можно экстраполировать на другие герпесвирусы. К ним относятся патогенные для человека герпесвирусы, такие как вирусы простого герпеса 1 (HSV-1, изучаемый в данной работе) и 2 (HSV-2), а также вирус ветряной оспы, вызывающий ветряную оспу и опоясывающий лишай.    Авторы работы выявили различные структуры белковой оболочки герпесвирусного комплекса ядерного выхода (nuclear egress complex - NEC), расположенной на внутренней ядерной мембране. Решетка NEC собирается на внутренней ядерной мембране и опосредует выход зарождающихся нуклеокапсидов в перинуклеарное пространство и их последующее высвобождение в цитозоль. Ее важная роль делает ее мощной противовирусной мишенью, что требует получения структурной информации в контексте клеточной инфекции.    Исследователи использовали передовые методы визуализации, такие как электронная криотомография, чтобы структурно охарактеризовать интерфейс между NEC и поверхностью транспортируемого вирусного капсида в инфицированных клетках. Эти наноразмерные данные показали, что NEC играет ключевую роль в перемещении капсидов герпесвирусов - икосаэдрических белковых клеток, содержащих геном герпесвирусной ДНК, - из ядра, не повреждая ядерную оболочку. Полученные данные свидетельствуют о поразительной структурной гибкости NEC, что позволяет предположить, что этот механизм не жесткий, а адаптивный.    Войтех Пражак, один из ведущих авторов исследования, рассказывает: "Как передать мяч через окно с двойным стеклом, не разбив его? Мы не можем этого сделать, но герпесвирусы придумали как пройти через ядерные мембраны, не разрывая их. Наша работа показывает, что формирование оболочки NEC происходит в несколько этапов. Мы также были удивлены тем, насколько отдельные компоненты NEC могут изгибаться, образуя различные 3D-структуры, а не единую однородную решетку. Детальная характеристика этих процессов может открыть новые пути для целенаправленного подавления репликации вируса".    Предыдущие исследования подчеркивали важность NEC для жизненного цикла вируса, но данное исследование представляет собой первый подробный структурный анализ интерфейсов NEC-вирусная частица в клеточной среде. "Мы изучили, как белки взаимодействуют в структурах NEC различной кривизны в клетках, и таким образом определили гибкость этих взаимодействий. Это позволило нам показать, как индуцируется локальное выдвижение ядерной мембраны. Удивительно, но мы также обнаружили, что взаимодействие между капсидом и NEC не ограничивается определенными позициями на капсиде", - сообщил Пражак.    В целом, новые данные, полученные в ходе этого исследования, открывают многообещающие перспективы для борьбы с герпесвирусными инфекциями. Определенные исследователями наноразмерные структурные особенности закладывают основу для понимания сложного механизма выхода из ядер, характерного для всех герпесвирусов. Соответственно, полученные результаты актуальны и для других патогенных для человека герпесвирусов, что открывает широкие возможности для разработки противовирусных стратегий.

Обнаружен новый регуляторный механизм общий для многих бактерий, который может иметь важные последствия для антибактериальных мер борьбы в медицине и сельском хозяйстве.    Кроме того, этот новый регуляторный механизм имеет значительный коммерческий потенциал для производства биоклея - нетоксичной биологической альтернативы синтетическим клеям на нефтяной основе, которые находят широкое применение в медицине и других важных областях. В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academies of Sciences, рассматриваются биопленки - бактериальные сообщества, которые образуются на органических и неорганических поверхностях и являются распространенной причиной постоянных инфекций у людей, животных и растений. Бактериальные биопленки также характеризуются более высоким уровнем горизонтального переноса генов, что приводит к распространению генов среди бактерий, в том числе генов устойчивости к антибиотикам.    "В основе исследования лежит интерес к бактериальным биопленкам, которые представляют собой нечто большее, чем просто сумму своих частей, и обладают такими свойствами, как повышенная резистентность к антибиотикам", - рассказала ведущий автор исследования Дженнифер Гринвич из Висконсинского университета. Гринвич и соавторы изучали модельную бактерию Agrobacterium tumefaciens, которая является патогеном растений. Предыдущие исследования, проводившиеся в течение нескольких лет, позволили выяснить механизмы формирования биопленок и прикрепления к поверхности в этой системе.    "Мы знаем, что существует "клей", являющийся униполярным полисахаридом (UPP), который вырабатывается на одном конце палочковидной клетки и служит для прикрепления бактерий к незаселенным поверхностям, таким как неживые материалы или ткани хозяина, для формирования биопленки. Производство бактериями UPP в значительной степени регулируется самовоспроизводящейся сигнальной молекулой внутри клеток, известной как c-di-GMP, общей для многих различных бактерий, которая стимулирует формирование биопленки. Проще говоря, высокие уровни внутренних сигнальных молекул c-di-GMP стимулируют образование биопленок и прикрепление к поверхностям, в то время как низкие уровни сдерживают эти процессы", - рассказала Гринвич. Важно отметить, что эти сигнальные молекулы характерны для огромного количества различных бактерий и почти всегда регулирует образование биопленок и то, как бактерии прикрепляются к своим хозяевам, образуя биопленки.    В своем исследовании Гринвич и коллеги обнаружили, что производство c-di-GMP в Agrobacterium регулируется вторым внешним сигналом, находящимся за пределами клеток. Этот внешний сигнал - биологическая молекула, называемая птерином, класс соединений, которые выполняют различные биологические функции, включая метаболизм человека и животных, и производятся во всех сферах жизни.    "Птерины синтезируются животными, растениями, грибами и так далее - практически на всех ветвях древа жизни, но, что важно, птерины также синтезируются бактериями", - говорит Гринвич. Таким образом, "птерин-зависимая сигнализация" может быть новой формой химической коммуникации между хозяевами и бактериями, и/или между бактериями и другими бактериями. Понимание этой регуляторной цепи может привести к новым достижениям в области антибиопленочной терапии".    Гринвич и коллеги описывают, как выделяемые птерины распознаются при взаимодействии с клетками через рецептор на периферии бактериальной клетки. Взаимодействие птерина с рецептором регулирует второй белок, который пронизывает бактериальную мембрану. В свою очередь, часть этого мембранного белка на внутренней стороне бактериальной клетки может управлять производством и деградацией внутреннего сигнала, тем самым контролируя формирование биопленки.    "Захватывающее открытие, - говорит Гринвич, - состоит в том, что мы обнаружили новый регуляторный механизм, общий для многих бактерий. Оказалось, что эта система реагирования и контроля птерина не является уникальной для Agrobacterium, а встречается в большой группе под названием Proteobacteria, которая включает в себя такие патогены человека, как Klebsiella, Vibrio и Pseudomonas, а также многие другие возбудители заболеваний, которые оказывают огромное влияние на здоровье людей, животных и растений". Кроме того, поскольку бактерии и другие организмы выделяют птерины, это может дать представление о том, как бактерии собирают информацию о других организмах в своей среде, а также об условиях окружающей среды, которые стабилизируют или дестабилизируют молекулы птеринов.    "В прикладном смысле понимание этих механизмов и всех этих свойств имеет серьезные последствия не только для лечения заболеваний, но и для использования микроорганизмов в мирных целях", - говорит Гринвич. "Мы стоим на пороге создания стратегий, направленных на формирование биопленок и контроль их формирования". Еще один интересный аспект коммерческого потенциала этого открытия заключается в том, что ученые могут использовать этот регуляторный механизм для производства биоклея, в качестве биологически совместимого, нетоксичного клея.