Человеческий норовирус — вирус с положительной цепью РНК, который является основной причиной вирусного гастроэнтерита, вызывающего, по оценкам, 685 миллионов случаев заболевания и около 212 000 смертей в мире в год. Для него не существует одобренных вакцин или противовирусных препаратов.

Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора и Онкологического центра им. М. Д. Андерсона при Техасском университете в журнале Science Advances сообщают об открытии репликационных центров человеческого норовируса , что может привести к разработке противовирусных препаратов для профилактики, контроля или лечения этих инфекций.

«Когда вирусы заражают клетки, они обычно создают специализированные отсеки — репликационные фабрики, — где они формируют новые вирусы, которые заражают больше клеток, вызывая заболевание», — говорит первый автор, доктор Сони Каундал, научный сотрудник кафедры биохимии и молекулярной фармакологии Верны и Маррса Маклина в Бэйлоре в лаборатории доктора Б. В. Венкатарама Прасада, автора-корреспондента работы.

«Однако о репликационных фабриках норовируса известно немного».

Все больше доказательств показывают, что некоторые фабрики репликации обычно не отделены от своего окружения мембраной. Вместо этого они являются биомолекулярными конденсатами, структурами, напоминающими пузырь, образованный разделением фаз жидкость-жидкость . Эти конденсаты выборочно включают белки и другие материалы, необходимые для репликации вируса.

Жидкоподобные конденсаты как репликационные фабрики были широко изучены в других вирусах, включая вирусы бешенства и кори. В этом исследовании ученые изучили, образует ли норовирус биомолекулярные конденсаты, которые служат репликационными концентраторами.

«Мы знали, что эти конденсаты часто инициируются одним вирусным белком, способным связывать генетический материал, имеющим гибкую область и образующим олигомеры — молекулы, состоящие из небольшого числа повторяющихся единиц», — сказал Каундал.

Группа начала свое исследование с применения биоинформатического анализа для выявления белков норовируса, которые обладали бы характеристиками, наиболее вероятно приводящими к образованию жидких конденсатов.

«Работая с пандемическим штаммом человеческого норовируса GII.4, который является причиной большинства случаев гастроэнтерита во всем мире, мы обнаружили, что РНК-зависимая РНК-полимераза имеет наибольшую склонность к образованию биомолекулярных конденсатов», — сказал Каундал.

«Этот белок имеет гибкую область, может образовывать олигомеры, связывает РНК, генетический материал норовируса, и играет важную роль в репликации вируса, создавая копии вирусной РНК. Все эти характеристики побудили нас экспериментально проверить, управляет ли РНК-полимераза GII.4 образованием биомолекулярных конденсатов, способствующих репликации вируса».

«Наши экспериментальные исследования показывают, что РНК-полимераза GII.4 действительно образует высокодинамичные жидкообразные конденсаты в физиологически значимых условиях в лаборатории, и что гибкая область этого белка имеет решающее значение для этого процесса», — сказал Прасад, профессор молекулярной вирусологии и микробиологии и заведующий кафедрой биохимии имени Элвина Романски в Университете Бэйлора.

Прасад также является членом онкологического центра имени Дэна Л. Дункана в Бэйлоре. «Более того, конденсаты представляют собой высокодинамичные структуры: несколько из них могут сливаться, образуя более крупную структуру, или они могут разделяться на более мелкие; они также перемещаются внутри клетки, обмениваясь материалами с окружающей средой».

Затем исследователи изучили, образуются ли эти жидкие конденсаты в клетках кишечника человека, инфицированных норовирусом.

До недавнего времени изучение того, как норовирус реплицируется внутри клеток, было затруднено, поскольку у исследователей не было эффективной биологической системы, в которой можно было бы выращивать вирус в лаборатории. Но в 2016 году лаборатория доктора Мэри Эстес в Бейлоре и ее коллег преуспела в культивировании штаммов человеческого норовируса в культурах энтероидов кишечника человека.

Эти культуры, также известные как мини-кишечники, являются лабораторной моделью желудочно-кишечного тракта человека, которая воспроизводит его клеточную сложность, разнообразие и физиологию. Энтероиды человека имитируют штамм-специфические модели инфицирования вирусом-хозяином, что делает их идеальной системой для препарирования человеческой норовирусной инфекции, как в текущем исследовании, для определения штамм-специфических требований к росту и разработки и тестирования методов лечения и вакцин.

«Мы показали, что в культурах кишечных энтероидов человека, инфицированных человеческим норовирусом, а также в клеточной линии человека HEK293T, выращенной в лабораторных условиях, образуются жидкие конденсаты. Мы предполагаем, что эти конденсаты являются репликационными центрами для человеческого норовируса, что является элегантным решением запутанного вопроса о том, как трансляция вирусного генома с помощью рибосомы отделяется от его репликации вирусной полимеразой в вирусах с положительной цепью РНК», — сказал Прасад.

«Наш биоинформатический анализ также показал, что РНК-полимеразы почти всех штаммов норовируса имеют высокую склонность к формированию этих репликационных фабрик, что позволяет предположить, что это может быть распространенным явлением для большинства норовирусов».

«Это замечательная работа, и я рад, что мы смогли подтвердить результаты на инфицированных вирусом клетках с использованием нашей системы культивирования кишечных энтероидов человека для человеческого норовируса», — сказал Эстес, заслуженный профессор и заведующий кафедрой молекулярной вирусологии и микробиологии при Фонде Каллена в Бэйлоре.

Эстес также является содиректором ядра экспериментальных систем моделей желудочно-кишечного тракта в Центре заболеваний пищеварительного тракта Техасского медицинского центра и членом Комплексного онкологического центра Дэна Л. Дункана при Университете Бэйлора.

Полученные результаты не только дают новое представление о репликации человеческого норовируса, но и открывают новые возможности для разработки противовирусных препаратов для лечения инфекций, вызываемых человеческим норовирусом, которые по-прежнему представляют серьезную угрозу для детей и пациентов с ослабленным иммунитетом.