Virusi poput gripa A i ebole napadaju ljudske ćelije u nekoliko koraka. U interdisciplinarnom pristupu, istraživački timovi sa Univerziteta Hajdelberg i Univerzitetske bolnice Hajdelberg istraživali su završne faze penetracije virusa koristeći elektronsku tomografiju i kompjuterske simulacije. U slučaju gripa A, mogli su da utvrde kako se imuni sistem bori protiv virusa koristeći mali protein.
Što se tiče virusa ebole, otkrili su da se specifična struktura proteina mora rastaviti da bi infekcija zavladala. Takozvane fuzione pore, kroz koje se virusni genom oslobađa u ćeliju domaćina, igraju centralnu ulogu u ovim procesima. Ako se može sprečiti njihovo formiranje, virus je takođe blokiran. Naučnici iz Hajdelberga opisuju ranije nepoznate mehanizme, koji bi mogli dovesti do novih pristupa za sprečavanje infekcija.
Mnogi virusi koji inficiraju ljude prekriveni su lipidnom membranom koja sadrži glikoproteine koji se mogu spojiti sa ljudskim ćelijama. Kod virusa poput gripa A, koji ulaze kroz respiratorni trakt, to su šiljasti proteini koji se uglavnom vezuju za epitelne ćelije u nosu i plućima. Nasuprot tome, visoko infektivni virus ebole širi se direktnim kontaktom sa zaraženim telesnim tečnostima i može prodreti u širok spektar tipova ćelija. Nakon invazije na ljudske ćelije, ovi virusi moraju otvoriti fuzionu poru između membrane virusa i membrane domaćina da bi oslobodili svoj genom u ćeliju domaćina i razmnožili se.
Da bi se borio protiv virusa, ljudski imuni sistem pokušava da blokira formiranje fuzionih pora u višestepenom procesu. Inficirane ćelije osećaju prisustvo stranog genoma i šalju signal, u obliku molekula interferona, do još neinficiranih ćelija. Ovaj signal pokreće neinficirane ćelije da proizvode mali ćelijski protein nazvan interferonom indukovani transmembranski protein 3 (IFITM3).
„Ovaj specijalizovani protein može efikasno da spreči prodiranje virusa poput gripa A, SARS-CoV-2 i ebole, ali osnovni mehanizmi su bili nepoznati“, kaže virolog dr Petr Chlanda, čija radna grupa pripada BioKuant centru Univerziteta Hajdelberg. i Centar za integrativno istraživanje infektivnih bolesti Univerzitetske bolnice Hajdelberg. Istraživači su sada mogli da pokažu da za viruse gripa A, IFITM3 selektivno sortira lipide u membrani lokalno. Ovo sprečava stvaranje fuzionih pora.
„Virusi su bukvalno zarobljeni u lipidnoj zamci. Naše istraživanje pokazuje da su na kraju uništeni“, objašnjava dr Chlanda.
Da bi analizirali strukturne detalje virusa, dr Chlanda i njegov tim su iskoristili prednosti opreme iz mreže za krio-elektronsku mikroskopiju u Ruperto Karoli. U interdisciplinarnom pristupu, istraživačke grupe koje su predvodili prof. dr Ulrih Švarc iz BioKuant-Centra i Instituta za teorijsku fiziku zajedno sa prof. dr Valterom Nikelom sa Biohemijskog centra Univerziteta u Hajdelbergu predvideli su ovaj proces uz pomoć kompjuterskih simulacija. .
U kontekstu antivirusne terapije, istraživači veruju da je moguće razviti peptide za sortiranje lipida koji se ubacuju u membranu virusa, čineći viruse nesposobnim za fuziju membrane. „Takvi peptidi bi se mogli koristiti u spreju za nos, na primer“, kaže Petr Chlanda.
U drugoj studiji, istraživači iz Hajdelberga istraživali su prodor i fuziju virusa ebole. Filamentna morfologija virusa određena je fleksibilnim proteinskim omotačem poznatim kao VP40 sloj proteina matriksa. „Uvek nas je zbunjivalo kako ovaj dugi virus može da prodre u ćeliju, stopi se sa membranom i oslobodi njen genom“, kaže dr Chlanda.
Koristeći svoju strukturnu analizu inficiranih, ali neaktivnih ćelija koju su pružili saradnici sa Instituta Fridrih Lofler u Grajfsvaldu, istraživači su otkrili da se omotač proteina virusa rastavlja pri niskom pH, odnosno u kiseloj sredini. Ovaj korak nije najmanje odlučujući za formiranje fuzionih pora, kao što su pokazale dalje kompjuterske simulacije prof. Švarca i prof. Nikla.
Tokom ovog procesa, elektrostatičke interakcije matrice VP40 sa membranom su oslabljene, čime se smanjuje energetska barijera stvaranja pora. Rezultati osnovnih istraživanja Hajdelberga sugerišu da bi blokada demontaže ovog sloja bila jedan od načina da se virusi ebole održe u stanju koje ne dozvoljava formiranje fuzionih pora. Slično virusu gripa A, virus ebole bi tada bio namamljen u zamku iz koje ne bi mogao da pobegne.
Studije su objavljene u Cell Host & Microbe i The EMBO Journal.
