Плакат «Вирус Эбола»
Дата:
06.02.2012
Модель вируса Эбола - образовательный плакат
  • Поделиться

Вирус Эбола и близкий ему вирус Марбург являются представителями семейства филовирусов (Filoviridae), возбудителей острой геморрагической лихорадки у человека — заболевания, приводящего к смерти пациентов с частотой до 90%, в зависимости от конкретного штамма вируса [12]. Эбола заражает преимущественно клетки эндотелия сосудов, а также некоторые клетки иммунной системы и печени. Среди симптомов заболевания — жар, головная боль, кровоточение слизистых, боль в мышцах, кашель, обезвоживание [13].

За время, прошедшее с обнаружения вируса Эбола в 1976 было зафиксировано несколько довольно крупных эпидемий, количество зараженных и умерших в результате которых исчислялось сотнями. Эпидемии затрагивали в основном такие страны как Заир, Судан, Конго и Уганда [14]. Также было зафиксировано несколько заражений с летальными исходами, случившихся в ходе лабораторных исследований вируса [15].

В марте 2014 года началась самая крупная в истории вспышка лихорадки Эбола в Западной Африке, унесшая более 11000 жизней (40).

В настоящее время у ряда исследователей есть опасения, что вирус Эбола может быть использован в качестве оружия биологического терроризма [14, 16]. При этом биология вируса изучена не в полной мере. В частности, нет окончательного ответа на вопрос о том, как вирус сохраняется в тканях и отдельных биологических жидкостях переживших лихорадку больных, и как вирус проникает в такие иммунопривилегированные органы, как глаза (41).

Строение вируса и модель

В данной модели белки, кодируемые вирусным геномом, показаны оттенками розового, а оттенками серого показаны структуры, захваченные вирусом из клетки-хозяина. При создании модели были использованы данные о морфологии вируса, опубликованные за последние 20 лет в ведущих научных журналах. Для воссоздания структур отдельных белков и белковых комплексов были использованы как опубликованные данные рентгеноструктурного анализа, так и результаты молекулярного моделирования.

Вирион Эбола имеет продолговатую форму и достигает 1400 нм в длину и около 80 нм в ширину [17]. Для сравнения, диаметр ВИЧ или гриппа около 100–120 нм [18,19]. Филовирусы являются одними из самых крупных вирусов. Их частицы по своим размерам уступают разве что мимивирусам и мегавирусам [20, 21].

Эбола, как и многие другие вирусы человека имеет мембранную оболочку, которая образуется из мембраны зараженной клетки.

При почковании частица захватывает также часть мембранных белков клетки-хозяина (например, компоненты главного комплекса гистосовместимости или поверхностные рецепторы), которые остаются в вирусной оболочке и могут влиять на инфекционные способности вируса [3,4].

Качественный и количественный состав мембранных белков человека в вирусной частице непостоянен. Для вируса Эбола он описан существенно хуже, чем для ВИЧ и гриппа [22].

Основной поверхностный белок Эбола кодируется вирусным геном gp и необходим для проникновения содержимого частицы в клетку [1]. По своему строению и функциям он напоминает поверхностный белок GP, кодируемый вирусом иммунодефицита и гемагглютинин вируса гриппа: он также образует тримеры, каждый из мономеров которых имеет трансмембранную и поверхностную субъединицу [23,24,25].

Непосредственно под мембраной вируса расположен матрикс, имеющий, вероятнее всего, спиральную структуру и образованный в вирионе Эбола в основном белком VP40 [5]. Белки VP40 взаимодействуют как с мембраной вирусной частицы, так и между собой. За взаимодействие с мембраной ответственен небольшой С-концевой домен, а сравнительно крупный N-концевой домен участвует во взаимодействии белков друг с другом [28]. Белки VP40 образуют димеры, которые впоследствии олигомеризуются с образованием кольцевых структур, в составе которых может быть разное количество димеров [29]. VP40 — это также основной белок, отвечающий за почкование частицы [36, 37].

В самом центре вириона находится нуклеокапсид. Это также спиральная структура, образованная в основном крупным белком NP, с которым взаимодействует вирусная РНК [30]. Диаметр спирали составляет порядка 50 нм, при этом внутри различим канал, диаметром около 20 нм [6]. Нуклеокапсид вируса Эбола напоминает по своей сруктуре хорошо изученный нуклеокапсид респираторного синцитиального вируса человека [31,7]. Геном Эбола представлен одноцепочечной РНК, содержит 7 генов и имеет длину чуть меньше 19000 нуклеотидов [32]. В составе нуклеокапсида присутствует также белок VP24, роль которого не полностью ясна, хотя есть данные о том, что помимо структурного компонента, этот белок может быть антагонистом интерферона [35, 26, 27].

Внутри вириона Эбола находятся также РНК-зависимая РНК полимераза (белок L) и минорные белки VP30 и VP35. Накопленные данные указывают на то, что все они располагаются ближе к одному из концов вирусной частицы [33]. Они не несут структурной функции. Полимераза отвечает за синтез РНК вируса. Это самый крупный белок, кодируемый вирусным геномом (L от английского large — большой). Белки VP30 и VP35 являются транскрипционными факторами и антагонистами интерферонового ответа [8,10]. VP35 также играет роль кофактора вирусной полимеразы [9].

В пространство внутри вириона в результате почкования попадают также клеточные белки. Среди которых в основном представлены компоненты цитоскелета [11]. Количество цитоплазмы, которое захватывается вирусом Эбола, может варьировать. Это сказывается как на том, какие клеточные белки встречаются в вирионах, так и на морфологии вирусной частицы, которая иногда принимает булавовидную форму [34].

После окончания работы над первой версией 3D модели вируса Эбола были опубликованы новые данные о морфологии филовирусов, которые указывают на то, что нуклеокапсид уложен сравнительно менее плотно, а на один виток спирали приходится 11 молекул NP [38, 39]. По мере подтверждения этих данных, они будут учтены в следующих версиях модели вируса.

Показать ссылки
  • Руководитель проекта, 3D-визуализатор, 3D-технолог, мол-моделлер, дизайнер:
    Иван Константинов
  • Научный консультант, автор текста:
    Yury Stefanov, PhD
  • Молекулярный моделлер, консультант:
    Анастасия Бакулина, к.б.н., Новосибирский государственный университет
  • 3D-моделлер:
    Александр Ковалевский
  • Веб-технолог:
    Кирилл Гришанин
  • Корректор:
    Эми Гордон

Благодарим за комментарии и предоставление ценной информации доктора Рональда Харти, профессора патобиологии и микробиологии Школы ветеринарной медицины Университета Пеннсильвании, заведующего лабораторией инфекционных заболеваний и иммунологии. Также благодарим за помощь в подготовке постера Дмитрия Барбанеля.

Перед студией стояла задача сформировать современный, нестандартный, легкий и лаконичный стиль, который точно отразит специфику компании. Команда «Visual Science» отлично справилась с задачей, продемонстрировав высокий профессиональный уровень и умение создавать дизайн безупречного качества.
Д.А. Сахаров, к. б. н., генеральный директор НТЦ "БиоКлиникум"