Вирус коровьей оспы MacGyvers представляет собой импровизированный инструмент для восстановления своей ДНК, раскрывая уязвимость, на которую можно было бы нацелиться.
Вместо того, чтобы полагаться на механизмы восстановления клеток, вирус коровьей оспы MacGyvers является инструментом для восстановления ДНК из того, который он уже использует для копирования ДНК, сообщает группа исследователей из Медицинского университета Южной Каролины (MUSC) в Journal of Virology. Блокирование этого инструмента — фермента, известного как полимераза, — сразу же нарушает способность вируса копировать и восстанавливать ДНК, обнажая ахиллесову пяту, на которую можно нацелить терапевтическое средство.
«Для вируса коровьей оспы полимераза — это Sawzall — инструмент, который вы можете использовать для всего», — сказала Паула Трактман, доктор философии, старший автор статьи и декан Колледжа последипломного образования в MUSC, которая изучала вирус для десятилетия. «Вирусы имеют меньшие хромосомы, и поэтому они эволюционировали, чтобы иметь возможность использовать свои инструменты для разных целей».
«Это похоже на швейцарский армейский нож вируса», — сказал Конор Темплтон, доктор философии. ведущий автор статьи, который во время исследования был докторантом в лаборатории Трактмана и с тех пор защитил докторскую диссертацию. «Это белок, который участвует в репликации или копировании ДНК, но, похоже, он также участвует в восстановлении».
По словам Трактмана, такие подробные фундаментальные научные данные о том, как вирусы копируют и восстанавливают свою ДНК, проложили путь к революционным противовирусным методам лечения за последние 20 лет.
« Антиретровирусные препараты для лечения ВИЧ были созданы путем действительно тщательного анализа того, какие белки в вирусе необходимы, что привело к созданию лекарств, которые теперь сделали его хроническим заболеванием», — сказала она. « Лечебное лечение гепатита С стало возможным благодаря тщательному анализу того, какие белки необходимы для вируса. Чем больше мы знаем о врагах, тем лучше оружие мы можем разработать против них».
Безусловно, необходимы более эффективные методы лечения вирусов оспы. Вирус коровьей оспы является близким родственником вируса, вызывающего оспу, и использовался в вакцине, которая успешно уничтожила его в конце 20 века. Хотя натуральная оспа больше не встречается в природе, угроза того, что она может быть использована в качестве биологического оружия, остается, и в настоящее время против нее существует только одно одобренное противовирусное средство. Другие вирусы оспы, прежде всего оспа обезьян, продолжают поражать людей и могут быть смертельными.
Vaccinia — это большой ДНК-вирус, состоящий примерно из 200 генов, и его подход к выживанию заметно отличается от подхода более мелких и подвижных РНК-вирусов, таких как тот, который вызывает COVID-19. РНК-вирусы быстро мутируют, обгоняя иммунную систему организма. Однако они делают это за счет повреждения своего генома. Вирус коровьей оспы предпочитает более медленный и стабильный подход и с меньшей вероятностью совершает ошибки, помогая обеспечить стабильность генома.
«Вакциния говорит: «Возможно, я не Феррари, но я джип, и я выйду целым и невредимым, и я буду стабильным, и я буду держаться рядом». — сказал Трактман.
В отличие от других ДНК-вирусов, вирус коровьей оспы не обосновывается в ядре клетки, а вместо этого остается в цитоплазме, где начинает размножаться, используя только те инструменты, которые он принес с собой.
«Ядро похоже на кухню клетки», — сказал Трактман. «Если бы вы пришли в чей-то дом, чтобы приготовить обед, вы бы пошли на их кухню, потому что там есть все необходимое оборудование. Вы бы не решили спуститься вниз в их подвал, потому что тогда вам пришлось бы начинать с нуля. что делает вакциния. Он говорит: «Я не пойду на кухню, где вы готовите. Я собираюсь просто открыть магазин в подвале, где много места. Я построю все, что мне нужно».
Команда MUSC хотела посмотреть, как вирус коровьей оспы будет реагировать на повреждение его ДНК, вызванное ультрафиолетовым (УФ) излучением. Они выбрали УФ-излучение, потому что уже известно, что оно отрицательно влияет на репликацию вируса. Они также хотели знать, повлияет ли воздействие на клетку УФ-излучения за час до заражения вирусом коровьей оспы на способность вируса копировать и восстанавливать ДНК.
Команда MUSC обнаружила, что воздействие УФ-излучения на клетки либо за час до, либо через четыре часа после заражения вирусом коровьей оспы снижает количество зрелых вирусных единиц или вирионов, которые способна производить осповакцина.
Известно, что фермент полимераза необходим для успешной репликации вируса , и УФ-излучение может помешать ему выполнять свою работу.
«Полимераза подобна машине, бегущей по дороге», — сказал Темплтон. «Он работает плавно, когда дорога хорошая и ровная. Но ультрафиолетовое излучение действует как лежачий полицейский, останавливая его на своем пути».
УФ-излучение может вызвать повреждение, которое делает невозможным продолжение репликации ДНК.
Команда обнаружила вызванное ультрафиолетом повреждение вирусной ДНК в клетках, облученных через четыре часа после заражения, но не в клетках, облученных за час до заражения. Клетки, облученные через четыре часа после заражения, также продуцировали в 30 раз меньше новых вирусов. Это повреждение, вызванное УФ-излучением, может объяснить снижение инфекционности этих клеток. Хотя уровни вирусной ДНК смогли немного восстановиться к 10–18 часам, что предполагает некоторую репарацию вирусной ДНК, блокирование полимеразы привело к дальнейшему снижению в 10–20 раз.
«Полимераза — хорошо известный персонаж репликации ДНК, — сказал Трактман. «Это хорошо известный персонаж, занимающийся фактическим синтезом генома, но это его дебют в ремонте».
По сути, полимераза вируса «многозадачна», но при этом делает вирус уязвимым. Поскольку осповакцина использует полимеразу как для копирования, так и для восстановления ДНК, ее блокирование может стать особенно разрушительным оружием против вируса. Текущий блокирующий агент, однако, слишком широк, и для клиники потребуется гораздо более адаптированный.
Затем команда MUSC хочет лучше понять, почему блокирование полимеразы делает ДНК более уязвимой к повреждениям и менее способной к самовосстановлению.
«Мы хотим установить группу виновников этого процесса, а затем попытаться понять, почему, когда вы подавляете функцию полимеразы, вы видите эту чувствительность», — сказал Темплтон.
