Ученые из МГУ рассчитали электростатический потенциал на поверхности коронавируса

Российские биофизики и синтетические биологи использовали компьютерное моделирование, чтобы получить карту распределения электростатических зарядов на поверхности частицы SARS-CoV-2. Это поможет понять, как коронавирус взаимодействует с клеткой и противовирусными средствами.

Пандемия коронавирусной инфекции, вызванной SARS-CoV-2, стала беспрецедентным вызовом для здравоохранения и науки. Поэтому возбудитель Covid-19 наряду с другими представителями того же семейства (SARS-CoV, MERS-CoV и так далее) продолжают активно исследовать ученые разных специальностей — отнюдь не только вирусологии и иммунологии.

Не остались в стороне и биофизики, которые изучают биологические объекты с помощью физических методов и компьютерных расчетов. Так, коллектив сотрудников биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, а именно — кафедр биофизики и синтетической биологии, выяснил, как на поверхности вириона SARS-CoV-2 распределен электростатический заряд.

Электростатические взаимодействия — это притяжение и отталкивание молекул и их частей, которые возникают из-за неравномерного распределения по ним электронов, то есть их заряда. В жизни вирусной частицы это свойство играет важную роль, поскольку влияет на ее взаимодействия с клеткой-хозяином, антителами (которые использует иммунная система), лекарствами и различными поверхностями.

Применив модель со средним разрешением, разработанную коллегами из США и Нидерландов, авторы статьи в International Journal of Molecular Science создали подробную карту, которая описывает заряд поверхности SARS-CoV-2.

Оказалось, в целом поверхность вируса заряжена положительно: если сложить все отрицательные и положительные заряды, суммарное значение вторых окажется больше. В то же время заряд вириона очень неоднороден: он имеет крупные участки как с положительным, так и с отрицательным зарядом.

Первые связаны с имеющими отрицательный заряд молекулами спайкового белка (S-белка), а также отрицательно заряженными липидами (жирорастворимыми молекулами, образующими мембрану вирусной частицы). Такие липиды склонны образовывать домены («островки»), зачастую вокруг расположенных на поверхности вириона M- и Е-белков (они, напротив, заряжены положительно).

При этом белки E могут образовывать пентамеры — комплексы из пяти одинаковых молекул — на внешней поверхности мембраны и вместе с окружающими их липидами формируют заряженные отрицательно «кольца».

В отдельном вычислительном эксперименте с помощью броуновской динамики моделировали взаимодействия SARS-CoV-2 с противовирусным средством — производным фталоцианина. Это соединение имеет свойство фотодинамического красителя, то есть под воздействием света генерирует свободные радикалы, способные разрушать вирусную частицу. Авторы статьи и их коллеги сейчас продолжают проект, в котором надеются использовать этот так называемый фотодинамический эффект для уничтожения SARS-CoV-2 и прочих вирусов.

Поскольку рассмотренное вещество представляет собой катион (ион с положительным зарядом), оно избирательно связывало отрицательно заряженные области вириона коронавируса.

«Созданная электростатическая карта поверхности SARS-CoV-2 объясняет возможность взаимодействия положительно заряженных молекул противовирусных соединений с поверхностью коронавирусов, имеющей одноименный общий положительный заряд, а также позволяет выявлять на поверхности коронавируса сайты связывания заряженных молекул и противовирусных соединений», — подвел итог один из авторов, доктор физико-математических наук и ведущий научный сотрудник кафедры биофизики Илья Коваленко.