Ученые создали "прямую трансляцию" вирусной инфекции для ее изучения

Исследователи из Института Хубрехта и Утрехтского университета разработали продвинутую технику для наблюдения за вирусной инфекцией в реальном времени. Ученые из групп Марвина Таненбаума и Франка ван Куппевельда ожидают, что метод можно будет использовать для изучения самых разных вирусов, включая SARS-CoV-2. Техника, названная VIRIM (virus infection real-time imaging), очень ценна для понимания механизмов вирусной инфекции в организме человека. В конечном итоге это может привести к более целенаправленным методам лечения. Результаты были опубликованы в научном журнале Cell 13 ноября.

Вторжение

РНК-вирусы представляют большую группу вирусов, которые несут свою генетическую информацию в форме РНК. После заражения клетки-хозяина вирус захватывает многие ее функции и превращает в фабрику по производству вирусов. Таким образом, вирус может быстро размножаться внутри клеток организма. Доступные ранее техники могли давать лишь моментальный снимок зараженных клеток. Новая технология микроскопии VIRIM меняет это: с ее помощью можно визуализировать весь процесс вирусной инфекции в лаборатории с высокой точностью. "Этот новый метод позволяет нам ответить на многие важные вопросы о вирусах", — говорит Санне Бурсма, первый автор исследования.

Флуоресцентный вирус

Метод использует технологию SunTag, ранее разработанную Таненбаумом, в энтеровирусе (группа вирусов, в которой ван Куппевельд имеет обширный опыт). SunTag вводится в РНК вируса и помечает вирусные белки очень ярким флуоресцентным маркером. Используя этот маркер, вирусные белки можно увидеть под микроскопом, что позволяет исследователям наблюдать, когда, где и как быстро вирус производит свои белки и реплицируется в клетке-хозяине. VIRIM намного чувствительнее других методов: можно обнаружить производство белка с одной-единственной вирусной РНК. Это позволяет отслеживать течение инфекции с самого начала.

Соревнование

Клетки имеют собственную систему защиты для обнаружения и уничтожения вируса при заражении. Как только вирус проникает в клетку, возникает соревнование между вирусом и клеткой-хозяином: вирус стремится захватить клетку для репликации, а хозяин изо всех сил пытается этому помешать. Используя VIRIM, исследователи смогли увидеть исход этого соревнования. Они обнаружили, что в части клеток побеждала клетка-хозяин. Бурсма: "Эти клетки-хозяева были заражены вирусом, но вирусу не удалось реплицироваться". Это вызвало любопытство исследователей и привело к новому эксперименту.

Ахиллесова пята вируса

Исследователи помогли клеткам-хозяевам, усилив их защитную систему. Оказалось, что самая первая репликация вируса часто терпела неудачу в клетках, получивших усиление, что не позволяло вирусу захватить хозяина. "Первый шаг в процессе репликации — это ахиллесова пята этого вируса: этот момент определяет, сможет ли вирус распространиться дальше", — объясняет Бурсма. "Если клетке-хозяину не удается устранить вирус в самом начале заражения, вирус будет реплицироваться и выиграет соревнование". Для разработки VIRIM Бурсма и ее коллеги использовали пикорнавирус. Члены этого семейства вирусов могут вызывать заболевания от обычной простуды до тяжелых болезней, таких как полиомиелит.

VIRIM позволяет выявить уязвимые фазы у самых разных вирусов. Исследователи ожидают, что техника будет полезна для изучения многих опасных для жизни вирусов, включая SARS-CoV-2. Бурсма поясняет: "Понимание репликации и распространения вируса может помочь нам определить его ахиллесову пяту. Эти знания могут способствовать разработке методов лечения, например, терапии, которая вмешивается в уязвимый момент жизни вируса. Это позволит создавать более эффективные методы лечения и, надеемся, смягчить воздействие вирусов на общество".