Оболочки вирусов оказались похожи на кристаллы

Ученые из Южного федерального университета (ЮФУ) выяснили, что структуры некоторых вирусных оболочек напоминают структуры кристаллов. От устройства оболочки вируса зависит то, может ли он инфицировать клетку-хозяина, поэтому понимание особенностей структуры вирусных оболочек позволит ученым помешать процессу инфицирования. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликованы в журналах JPCM и Nanoscale.

«Очень важно исследовать и понимать особенности структуры вирусных оболочек. Вирусная оболочка содержит внутри геном, который с помощью этой оболочки проникнет в клетку-хозяина, если лекарственная терапия не нарушит какую-то из стадий этого процесса», — сообщил соавтор исследования и руководитель гранта РНФ, профессор кафедры нанотехнологий физического факультета ЮФУ Сергей Рошаль.

Внешняя оболочка вируса состоит из белков и отличается различными размерами и формой. Чаще всего сферическая по форме внешняя оболочка обладает кубическим (икосаэдрическим) типом симметрии. В этом случае белки организуются в икосаэдр. Икосаэдр имеет 20 треугольных граней, 12 вершин и обладает осями симметрии второго, третьего и пятого порядка. Ось симметрии — один из элементов симметрии кристаллов — это воображаемая прямая, при повороте вокруг которой на один и тот же угол равные части геометрической фигуры совмещаются. Таким образом, при каждом повороте на 180°, 120°, 72° грани у кристалла могут совместиться два, три и пять раз. Небольшим вирусам для построения сферы с такой симметрией необходимо менее 60 белков, самособирающихся таким образом, что вирусная оболочка принимает структуру кристалла.

Для анализа структуры сферических вирусных оболочек ученые используют развертку сфер (развернутую на плоскости поверхность геометрического тела). Исследователи рассмотрели крупные вирусные оболочки, содержащие более 60 белков не в рамках привычной развертки икосаэдра, а развертки додекаэдра (правильного многогранника, состоящего из 12 равносторонних пятиугольников). Как оказалось, закономерность расположения соседних белков в оболочках больших вирусов хорошо совместима с додекаэдрической разверткой. Белки вынуждены занимать такое положение, что вирусная оболочка принимает структуру квазикристалла. Квазикристаллы могут обладать симметрией не только 5, 3, 2 порядка (икосаэдрической), но и 10, 12, 14, 18, 20 порядка.

«Главный вывод заключается в том, что симметрия, ставшая в XX веке фундаментальным базисом для исследования неживой природы, оказывается чрезвычайно важной для понимания процессов самосборки вирусов, занимающих таинственную область между живой и неживой природой. Мы выяснили, что вирусные оболочки гораздо ближе к кристаллам и к квазикристаллам, чем это считалось ранее», — заключил Сергей Рошаль.

Результаты исследования помогут найти средства для антивирусной терапии еще на стадии сборки вируса.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.