FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь
176 городов
September – October
176 cities
12-14 октября 2018
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры

Проводники для генов

В международном коллективе ученых, куда входили исследователи из МГУ, разработаны уникальные наноструктуры для доставки лечебных генов в клетки.  Их статья опубликована в престижном международном журнале Nature Nanotechnology.

Генная терапия — это сравнительно новая область медицины, нацеленная на лечение наследственных болезней. «Истории успеха» здесь пока можно пересчитать по пальцам, но последнее время генная терапия развивается быстрыми темпами, в том числе испытываются схемы для лечения рака. Суть метода в принципе очевидна — ввести в организм генетический материал, который бы «все исправил». Но дьявол скрывается в деталях. Как внедрить в уже сформировавшийся геном чужеродную генетическую информацию? В некоторых случаях решение подсказывает сама природа, притом с помощью не самых лучших своих представителей. Печально известный ВИЧ представляет собой ретровирус — частицу, способную путем хитрых манипуляций встраивать свой геном в ДНК человека, и тем самым себя воспроизводить.

Ученые уже достаточно давно скопировали этот механизм и изобрели так называемые ретровирусные векторы — генетически модифицированные ретровирусы, несущие ген, который нужно встроить в клетку. Увы, у методики есть недостатки. Перенос генов от вектора к ДНК человека процесс физиологически не быстрый, кроме того часто не удается создать высокую концентрацию вирусных частиц. До недавних пор единственным разрешенным препаратом, который хоть как-то все ускорял, был ретронектин — белок, состоящий более чем из 500 аминокислотных остатков. Однако вполне возможно, что скоро все изменится. Короткий пептид всего из 12 аминокислотных остатков, перекрывающий ретронектин по своим возможностям, разработали в международном коллективе ученых, куда вошли исследователи из МГУ; их статья опубликована в авторитетном журнале Nature Nanotechnology (Nature Nanotechnology 2013, 8(2):130-6. doi: 10.1038/nnano.2012.248).

Ученые обнаружили, что пептид, названный ими EF-C, способен к самоорганизации в стержнеобразные наноструктуры (фибриллы) диаметром около 4 и длиной 100-400 нм, которые связываются с ретровирусными векторами и помогают им слиться с клеточной мембраной, после чего те могут вбросить в клетку генетический материал.

В экспериментальных исследованиях пептид EF-C ускорял инфицирование клеток ретровирусами и оказался как минимум в 4 раза более эффективным, чем другие известные пептидные препараты, и при этом — малотоксичным. Кроме того, с ним оказалось гораздо проще и удобнее работать, чем с аналогами — EF-C соединяется с ретровирусами в обычном растворе, а в случае ретронектина требуются специально подготовленные поверхности.

Один из важнейших вопросов всей работы — какие структурные особенности помогают фибриллам быть настолько эффективными? На этот вопрос ответ нашли ответ российские участники исследования, проведшие компьютерное моделирование самосборки фибрилл на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов»*.

«Когда было открыто ускорение доставки ретровирусных векторов в эукариотические клетки, то сотрудники Медицинского центра Университета Ульма, обнаружившие эффект, стали искать его молекулярные причины. Для этого нужно было сделать много измерений самыми разными методами, в том числе и то, что сделали мы — молекулярное моделирование самосборки пептидов», — рассказывает проректор МГУ академик Алексей Хохлов, руководивший этой частью исследования. — «Моделирование объяснило результаты, полученные экспериментальным путем; потом это объяснение и предсказания компьютерного моделирования в свою очередь были проверены дополнительными экспериментами».

На суперкомпьютере «Ломоносов» ученые выяснили, что фибриллы закручиваются в спираль с длиной периода 28 нм. «Это имеет ключевое значение для их биологических свойств», — говорит научный сотрудник биологического факультета МГУ Алексей Шайтан.

Взаимодействие ретровирусных частиц (отрицательно заряженных) с клеточной мембраной (тоже отрицательно заряженной) возможно, если между ними сократить отталкивание. Например, к вирусным частицам цепляют положительно заряженные полимерные молекулы — получившиеся комплексы не отталкиваются от мембран. Такие молекулы заворачиваются вокруг вирусов, плотно закрывая его заряды, но тем самым утрачивая и свои; комплекс в итоге преимущественно электронейтрален. «Они обматывают вирусы как бусы», — комментирует Алексей Шайтан — Сколько зарядов на вирусе — примерно столько же бусин он на себя цепляет. Это теперь незаряженная частица, которая может сесть на мембрану, а может и не сесть — ведь бусы еще к тому же закрывают гликопротеины вируса, которыми он взаимодействует с наружными клеточными рецепторами».

С фибриллой все по-другому: по данным компьютерного моделирования, она закручена в толстую спираль, вокруг оси которой со всех сторон располагаются положительные заряды. Поэтому если одной стороной спираль «прильнула» к вирусу, то другая — всегда свободна и заряжена положительно; это помогает комплексу притянуться к мембране, а в итоге приводит к большему захвату вирусных частиц клеткой. «Понятно, что жесткие фибриллы еще и не обматывают вирус — гликопротеины свободны, и могут провзаимодействовать с рецепторами на поверхности клетки», — говорит Шайтан. Его компьютерный эксперимент также показал, что фибриллы сами по себе очень стабильны в растворе и могут в таком виде существовать сколь угодно долго, не распадаясь на исходные пептидные молекулы и не слипаясь между собой. «Не факт, что мы смогли бы говорить о перспективах для клинической практики, будь фибриллы неустойчивы», — считает Шайтан.

Примечательно, что методы компьютерного моделирования, примененные для решения задачи с фибриллами, вначале предназначались для других целей.

«По удачному совпадению опыт в изучении самосборки полипептидов в волокна у нас был как раз недавно наработан в проекте по моделированию прочных потенциально электропроводящих волокон на основе блок-сополимеров полипептид-политиофен. Мы смогли сразу же использовать эти наработки в новой задаче», — отмечает Хохлов. Статья по потенциально электропроводящим волокнам была опубликована в 2011 году в журнале ACSNano. (ACSNano, 2011, 5(9):6894-6909. doi: 10.1021/nn2011943)

Молекулярная модель фибрилл. Они закручиваются в спираль с периодом длиной 28 нм

Прикрепленные материалы: 
ФайлФайлРазмер
s3.pngPNG, 1488x524px, 336.5 КБ

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Жизнь внутри камня: как появились почвы на Земле?

Как работает Wi-Fi?

 

Жизнь и другие новости с Титана

Титан, спутник Сатурна, является одним из самых поразительных мест нашей Солнечной системы. На нём не только проходят дожди из вещества похожего на бензин, но на поверхности спутника также можно увидеть озера жидкого метана и этана.

К 2020 году скутеры будут загрязнять воздух больше, чем остальной наземный транспорт

10 страхов науки

Есть такая штука — неофобия. Это страх перед чем-то новым. Сильнее всего от нее страдают ученые и изобретатели.