Сибирские учёные научились обезвреживать коронавирус

Международная группа учёных из России, Финляндии, Италии, Китая, Тайваня и Канады, в состав которой вошли исследователи ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», разработала новую методику создания аптамеров для определения или «обезвреживания» вирусов.

Учёные разработали инновационный метод компьютерного моделирования аптамеров. За счёт него можно быстро получить аффинный агент для связывания с любым белком, для которого можно построить третичную структуру, сообщили в СО РАН. В качестве примера создан аптамер связывающийся с белком шипа коронавируса. С его помощью исследователи планируют бороться с различными вариантами COVID-19 и другими подобными вирусами.

Поясняется, что антитела, разработанные ранее для обнаружения и блокировки белков коронавирусов, не всегда демонстрируют хорошее связывание с вирусом. Более того, для антител характерны плохая биодоступность, высокая стоимость и длительное время разработки и производства. Очевидно, что нужна новая методология быстрого конструирования устойчивых молекул, способных избирательно связываться с определённым белком-мишенью.

Аптамеры представляют собой искусственные одноцепочечные молекулы РНК или ДНК. Их можно сконструировать так, чтобы они соединялись с белками-мишенями с высокой специфичностью и силой. Такие молекулы и предлагают использовать для обнаружения SARSCoV-2 и блокирования его вирусной активности. Механизм их взаимодействия с мишенью аналогичен механизму антител. Они способны присоединяться к конкретной биологической мишени, например, белку шипа коронавируса, который важен для проникновения вируса в клетки носителя.

— Традиционно аптамеры выбирают в лабораторных условиях из ДНК-библиотек. Новый подход виртуального дизайна аптамеров, названный SIBDD (Structure and Interaction Based Drug Design), основан на знании о структурах молекул и силах их взаимодействия. Создание аптамеров по этой методике состоит из двух основных этапов: цифрового копьютерного моделирования и экспериментального анализа теоретических результатов. Сначала с помощью методов компьютерного моделирования с использованием суперкомпьютерных расчётов происходит поиск последовательностей нуклеотидов в аптамере, ответственных за селективное присоединение, и само конструирование структуры аптамера, — поясняется в публикации СО РАН.

Затем учёные проверяют отобранные варианты на их способность устанавливать связь с нужным белком. Как отмечают авторы технологии, она представляет собой комбинацию компьютерного моделирования, скрининга и направленного мутагенеза с экспериментальной проверкой в каждом цикле для получения молекул с высокой связываемостью и селективностью. Метод позволяет быстро разрабатывать молекулы для диагностики и терапии любых заболеваний с известной мишенью, в том числе SARS-CoV-2.

— Селекция аптамеров — сложный и трудоёмкий процесс. Его можно упростить, сочетая вычисления и эксперименты. Мы разработали надёжную технологию дизайна аптамера. Её преимущество – в использовании мощности суперкомпьютера для быстрого конструирования молекул, блокирующих инфицирование вирусами. Это поможет быстро и своевременно реагировать на потенциальные новые вирусы. Наш подход сочетает в себе несколько этапов: молекулярный дизайн, основанный на виртуальном скрининге библиотек аптамеров ДНК и направленном мутагенезе для увеличения соответствия третичной структуре белка; трёхмерное молекулярное моделирование мишени и стыковки аптамера с белком; молекулярно-динамическое моделирование комплексов и квантово-механическая оценка взаимодействия между аптамером и мишенью с дальнейшим экспериментальным анализом. Эту методику можно использовать для улучшения структуры аптамера», – сообщила о результатах работы доктор биологических наук, заведующая лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, руководитель лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого Анна Кичкайло.