Строение вирусов это физика

Кафедра «Нанотехнология» ЮФУ была создана в 2004 году и уже более десяти лет занимается теоретическими и экспериментальными исследованиями кристаллов, квазикристаллов, углеродных нанотрубок и множества других материалов. Параллельно с этими направлениями изучаются и вирусные оболочки.

Возглавляет молодую группу исследователей строения вирусных оболочек профессор кафедры, доктор физико-математических наук Сергей Рошаль.

Физики ЮФУ уверены - на границе живого и неживого можно применить физические методы и с их помощью понять, как образуются и функционируют вирусы.

- Еще в 2007 вышла в престижном международном журнале Phys. Rev. Lett. наша первая статья про   образование вирусных оболочек с точки зрения теории кристаллизации Л.Д Ландау. Потом вышел целый ряд публикаций на эту тему. Сейчас у нас есть несколько грантов РФФИ, в том числе один - прямо связанный с вирусной тематикой, – отмечает Сергей Рошаль.

Последние научные статьи ростовских физиков касались механизмов инфицирования клеток вирусами и устройства вирусных оболочек, поскольку именно оболочка играет наиважнейшую роль в  жизненном цикле вируса и его размножения.

- Скажем так, есть вирусная оболочка – говорит Сергей Рошаль,  она - белковая. У нее двойная задача. Первая – доставить генетическую информацию до клетки, подходящей для инфицирования, и вторая – сохранить геном во время транспортировки. Эти две задачи и выполняет вирусная оболочка.

Вирусы устроены таким образом, что внутри каждой белковой оболочки имеется  геном (генетическая информация) в виде ДНК или РНК. При попадании в клетку вирусный геном перепрограммирует клеточную инженерию так, чтобы она стала выпускать новые вирусы. На поверхности каждого вируса расположены рецепторы. Это своеобразные шипы, которыми вирус и прилипает к клетке.

Сегодня в период пандемии мы обеспокоены устройством CoronaVIrus Disease 2019 и поиском лекарства от этого недуга. Сергей Рошаль уверен, что в ближайшее время ситуация с поиском вакцины разрешится положительно.

 - Были исследования и ранее, которые доказали, что вместо клетки вирусу можно подсунуть различные органические молекулы небольшого размера, в результате чего, его рецепторы засорятся этими молекулами настолько, что он уже не сможет присоединиться к клетке и заразить ее.  Дальше дело за иммунитетом, – уверен физик.

В создании таких молекул сегодня  надежда именно на физику. Единственный минус подобного способа борьбы с вирусной инфекцией - в необходимости наличия в подходящем месте организма большого количества подобных молекул. Так же до конца не понятно,  какую долю рецепторов в том или ином конкретном вирусе нужно закрыть. Но если найти такое вещество, которое способно засорить вирусные рецепторы, то проблема была бы решена в кротчайшие сроки.

Уже сейчас известны органические молекулы, блокирующие Коронавирус. Однако в этом процессе необходимо учитывать и  движение молекул в самом организме. То есть если вирус, скажем,  базируется в легких, то молекулы нужно направить именно туда, а с этим пока у ученых проблема.

В любом случае прилипание молекулы к шипам (рецепторам) вируса это всего лишь физическое,  полевое электромагнитное взаимодействие белков и молекул.  Такие поля физика давно разлагает по мультиполям, или по определенным известным конфигурациям. И эти конфигурации у рецептора и у молекулы должны дополнять друг друга, чтобы обеспечить химическое сродство одного другому.

Так что дело за малым – ученым остается найти наиболее подходящую молекулу, которая станет тем самым ключом, способным запереть рецепторы короновируса.

В COVID 19 все по-другому

Сегодня на кафедре «Нанотехнология» ЮФУ ученые создают модели вирусов и продолжают изучать различные вирусные оболочки.

Профессор Рошаль говорит: - «Наши последние работы посвящены моделированию различных многослойных оболочек вирусов. Вирусы малы, а, следовательно, не могут содержать большого генома. Чем меньше геном, тем меньше информации он содержит. Геном настолько прост, что чаще всего вирусы состоят из идентичных копий одного типа белка. Но чем страшнее и совершеннее вирус, тем сложнее его оболочка, и различных типов белков в ней становится все больше. Причем геном не собирает оболочку. Он лишь кодирует белки, которым энергетически выгодно собраться в оболочку. И здесь на передний план вновь выходит физика. Геном мал, но в нем закодированы механизмы, о которых мы только догадываемся. В том числе те механизмы, которые поддерживают способность вируса мутировать».

Действительно - мутации вирусов для ученых представляются интересными. Например, вирус 2019-nCoV уже имеет массу мутаций и проявляет себя как межвидовый, то есть заражающий сразу несколько видов (человек и животное).

Однако Сергей Рошаль удивлен его ‘неразумным’ устройством.  

- На первый взгляд, этот вирус неразумно и сложно устроен, - говорит физик. -  Как такая наномашина могла образоваться, мы не знаем. Я подобного  никогда не видел. Там вокруг генома есть дополнительные белки, которые занимают место внутри вирусной оболочки, казалось бы, необходимое для расположенного в ней генома. Наличие таких белков, конечно, обеспечивают дополнительную защиту генома, но, тем самым ограничивают места для генома. Его становится меньше, следовательно геном должен быть проще, и возможные мутации вируса сведены к минимуму. Но мы наблюдаем обратную ситуацию. Почему так происходит - совершенно непонятно. Само строение этого вируса какое-то противоестественное. Также интересно отметить, что некоторые французские вирусологи утверждают, что некоторые фрагменты генома 2019-nCoV совпадают с фрагментами генома вируса СПИДа.

А пока на кафедре нанотехнологий ЮФУ под чутким руководством профессора Сергея Рошаля молодые ученые и студенты продолжают укреплять свои знания не только в области строения вирусных оболочек, но и по тематике спецкурсов, которые он читает: “Кристаллофизика”, “Физика квазикристаллов” а также “Структуры и механизмы самосборки нанообъектов”.