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.

Molecular modelling through computer graphics permits plenty of latitude for exercising artistic talent to inform, explain and instruct. Visual Science shows the way with its high quality, accurate, informative graphics that explain even the most complex processes of life
Lewis Sadler MA, Msc. Chief Science Officer at Visible Productions Inc., Research Assistant Prof. University of Illinois at Chicago, (US)