Ученые ЛЭТИ предложили диагностировать и лечить COVID-19 с помощью пептидов

Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разрабатывают инновационную систему экспресс-диагностики и лечения COVID-19 с помощь пептидов, пространственно комплементарных шипу коронавируса.

К настоящему времени более 4 миллионов человек во всем мире заразились новой коронавирусной инфекцией, около 300 000 человек погибли от нее. Ученые из разных стран сегодня занимаются разработкой вакцины и лекарства, которые могли бы остановить стремительно развивающуюся эпидемию коронавируса по всей планете.

В Инжиниринговом центре микротехнологии и диагностики (ИЦ ЦМИД) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработали инновационный способ, позволяющий диагностировать и инактивировать вирус. С этой целью предложили использовать пептиды – короткие цепочки из аминокислотных остатков, пространственно комплементарные шипу коронавируса SARS-CоV-2.

При заражении коронавирус SARS-CoV-2 адсорбируется на поверхности клеток с помощью шипов, комплементарных к рецептору ACE-2, присутствующему в клетках легких и других органов и являющемуся «входными воротами» коронавируса. Затем вирус проникает в клетку и запускает процессы формирования своих копий с помощью внедрения своей РНК в генетический аппарат клетки. В результате клетка превращается в маленькую «фабрику» по сборке новых вирионов коронавируса.

Ученые ЛЭТИ пришли к выводу: для инактивации коронавируса и для его экспресс-анализа необходимы молекулы олигопептидов, обладающие пространственной структурой, комплементарной шипам коронавируса. Биочип с такими молекулами-пептидами позволит «связать» коронавирус и оперативно идентифицировать его, а с другой стороны, блокировать эпитоп вируса, лишив его возможности присоединяться к рецептору ACE-2 – иными словами, инактивировать его.

Для анализа пространственных структур связей белка шипа коронавируса SARS-CoV-2 с рецептором АСЕ-2 ученые использовали разработанную ранее в университете ведущим научным сотрудником ИЦ ЦМИД Владимиром Александровичем Карасевым и профессором Виктором Викторовичем Лучининым концепцию систем сопряженных ионно-водородных связей (ССИВС), которые являются основой построения биологических надмолекулярных структур и рассматриваются в качестве каналов переноса зарядов в этих структурах. Концепция реализована в компьютерной программе Protein-3D, позволяющей визуализировать надмолекулярные структуры.

На основе анализа пространственной конфигурации шипов коронавируса и белка ACE-2 и их анализа в виде ССИВС учеными ЛЭТИ разработаны две последовательности аминокислотных остатков, формирующие пространственную структуру, комплементарную к шипу коронавируса.

«Одна из них содержит всего 8 аминокислотных остатков и является спиральным фрагментом. Она является водорастворимой и может использоваться как в виде раствора, так и в виде якорной группировки (на ножке) в диагностическом биочипе. Во втором варианте предложено увеличение протяженности фрагмента до 15 аминокислотных остатков, что обеспечит еще большую прочность связывания якорной последовательности с шипом вируса. Таким образом, второй пептид будет практически полностью связывать все группы, участвующие во взаимодействии коронавируса SARS-CoV-2 с АСЕ-2», – пояснила Татьяна Михайловна Зимина.

Какой из двух предложенных вариантов пептидов окажется более эффективным, покажет экспериментальное исследование. Разработчики не исключают, что короткого пептида будет вполне достаточно для инактивации коронавируса. Синтез его проще и он будет намного дешевле, считают ученые.

Ученым ЛЭТИ предстоит разработать последовательности пептидов, протестировать молекулярную комплементарность на уровне белково-пептидных систем, разработать платформу биочипа, провести испытания на отсутствие токсичности и исследование способов применения в антивирусной терапии, а также клинические испытания пептидов и биочипов. Итогом работы должна стать сертифицированная Роспотребнадзором инновационная экспрессная тест-система. Ориентировочный срок выполнения всего цикла работ составит 8-10 месяцев.

Проект ученых ЛЭТИ «Диагностика и лечение COVID-19 с помощью пептидов, пространственно комплементарных к шипу коронавируса SARS-COV-2» логично вписывается в национальный проект «Здравоохранение», одной из задач которого является снижение смертности населения трудоспособного возраста.

Для справки

Результаты многолетних исследований ученых СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в области нанобиоэлектроники представлены в монографии Карасева В.А., Лучинина В.В. Введение в конструирование бионических наносистем (Физматлит, 2011 г.). В книге представлен системный подход, ориентированный на интеграцию физико-технического и молекулярно-биологического направлений в исследовании нанобиосистем. Описана концепция систем сопряженных ионно-водородных связей как основы построения биоорганических наноструктур и каналов переноса заряда, а также ее применение к построению структурно-функциональных моделей нанобиоструктур. Изложена теория топологического кодирования цепных полимеров, в том числе представления о топологическом коде, системе физических операторов и молекулярной векторной машине. Предложены пространственные структуры генетического кода и канонического набора аминокислот, сформулированы принципы создания наборов базовых модулей для самоорганизующихся цепных полимеров. Обсуждаются возможности конструирования на этой основе сенсоров, полимерных катализаторов и других биотехнических наносистем, а также средств медицинской терапии.

Источник: СПбГЭТУ «ЛЭТИ»