Механизм копирования вирусов раскрыт, открывая путь к новым стратегиям вакцинации

Ученые из Университета Пенсильвании, включая доцента химии Дэвида Бора, обнаружили, что некоторые вирусы (например, вызывающие простуду, SARS, гепатит и энцефалит) копируют себя с помощью уникального механизма. Открытие проливает свет на ранее идентифицированную, но не изученную область фермента, связанного с репликацией генетического материала. Это важный шаг к улучшению существующих вакцин и созданию вакцин против вирусов, ранее ускользавших от стратегий вакцинации. Исследование будет опубликовано в печатном выпуске журнала Structure 5 сентября 2012 года.

Все организмы используют ферменты полимеразы для «чтения» и копирования своего генетического материала. Вирусы вроде SARS, гриппа и полиомиелита имеют одноцепочечную РНК, а вирусы герпеса и конъюнктивита — двухцепочечную ДНК. Независимо от типа генома, вирусы захватывают механизмы клетки-хозяина, заставляя её реплицировать вирусный генетический материал.

Полимеразы многих организмов, включая ДНК-вирусы, имеют структуру «чашевидной правой руки» (ладонь, пальцы, большой палец). У ДНК-вирусов в «ладоне» находится специфическая спираль точности (fidelity helix), где происходит распознавание и копирование нуклеотидов. Однако у РНК-вирусов этой спирали нет. Вместо неё в «чаше» находится структура, известная как мотив D, функция которой была загадкой.

Чтобы раскрыть функцию мотива D, команда изучила штамм полиовируса (РНК-вирус) с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Они обнаружили, что мотив D является функциональным эквивалентом спирали точности у других вирусов. Ранее считалось, что мотив D не имеет функции или служит каркасом для поддержки структуры. Но выяснилось, что он отвечает за распознавание нуклеотидов и точную репликацию новой цепи РНК с минимальным количеством ошибок.

Открытие о функции мотива D в полиовирусе применимо ко многим другим РНК-вирусам, например, вызывающим простуду. Кроме того, мотив D может аналогично функционировать в ретровирусах (таких как ВИЧ), которые используют обратную транскриптазу для производства ДНК из РНК-геномов. Для подтверждения его роли в ретровирусах необходимы дополнительные исследования.

Мотив D может задать новое направление для разработки вакцин. Поскольку он является частью механизма точной репликации, эту информацию можно использовать для создания более безопасных и эффективных вакцин. Вакцина содержит ослабленную или безвредную версию вируса, которая «знакомит» иммунную систему с патогеном.

Одна из проблем этой стратегии — риск того, что ослабленный вакцинный вирус может эволюционировать внутри популяции, вернувшись к опасной «дикой» форме. «В идеале каждая копия вакцинного вируса в человеческих клетках должна быть исходной, созданной в лаборатории, безвредной версией», — пояснил Бор. Уточняя работу мотива D и делая механизм точности ещё более «верным», можно снизить шансы мутации и самостоятельной эволюции вакцинного штамма. Это также может дать новую стратегию для разработки вакцин против тех РНК-вирусов, для которых их ещё не создали.