«Всі знають, як виглядає Марс, але віруси залишаються невидимі»

Минулого тижня російська компанія Visual Science показала першу в світі модель вірусу Зика атомного дозволу. За словами творців, зображення, зроблені на основі цієї моделі - найдокладніші і науково достовірні з усіх, що є на сьогоднішній день. Вірусами компанія займається вже не перший рік, в її «Зоопарку» є і ВІЛ, і Ебола, і грип, багато інших. Про те, за якими стандартами працюють в Visual Science і чому свої моделі автори називають самими точними в світі, ми поговорили з засновником компанії Іваном Константиновим.

«N + 1»: Коли почалася робота над створенням моделі вірусу і скільки часу вона зайняла?

І.К .: Для нас це рекордна за термінами робота. Зазвичай великі і складні віруси займають вісім-дев'ять місяців моделювання. У випадку з Зика ми кинули на роботу всі наші ресурси і впоралися за три тижні.

Я так розумію, що інтерес до цього вірусу пов'язаний з спостерігається зараз спалахом і можливою епідемією вірусу в Північній Америці?

Взагалі, ми ніколи не робили свої моделі під якісь глобальні події, «до випадку». Навіть вірус Ебола, зображення якого використовувалося практично всіма світовими ЗМІ під час недавнього спалаху 2014 року була зроблена задовго до самого спалаху. Ми вибираємо віруси виходячи з того, наскільки вони поширені і небезпечні, наскільки цікава їхня структура. І, звичайно, наскільки добре вона вивчена. Але модель вірусу Зика - це для нас перший досвід такого «швидкісного» моделювання.

Скільки ваших співробітників працювало над моделлю?

(Вважає) Усього вісім чоловік.

Ви говорите про свої моделі як про «найбільш науково достовірних зображеннях» з тих, що існують на сьогоднішній день. У зв'язку з цим виникають два питання. По-перше, що це значить - що ви в вкладаєте в поняття «наукової достовірності» по відношенню до моделі? І, по-друге, як ця достовірність досягається?

Слід перш за все сказати, що наша компанія заснована молекулярними біологами та фахівцями з біоінформатики. Тому наш науковий бекграунд визначає те, як ми підходимо до моделювання. В основі нашого моделювання - упор на наукову експертизу, яка дозволяє уникнути тих помилок, якими рясніють моделі, якщо над ними працюють виключно дизайнери і художники. Де в роботі над моделлю немає наукової складової.

При створенні кожного вірусу ми працюємо за такою схемою. Спочатку аналізуємо всі доступні публікації, які стосуються його структури, на основі чого складається глобальний огляд літератури, що формується за деякими певним внутрішнім стандартам. Ми визначаємо, які з компонентів вірусу вивчені повністю - для яких з них є дані рентгеноструктурного аналізу - і які з них не вивчені. Для кожного з компонентів визначаємо, яких з його фрагментів немає в опублікованих структурах. Метод рентгеноструктурного аналізу передбачає, що багато ділянок білка, які складно кристалізувати - трансмембранні фрагменти, ділянки з рухомою структурою і так далі - можуть відрізуватися, так що їх просто немає в опублікованих даних. Ми знаходимо ці бракуючі фрагменти і добудовуємо їх структуру на основі тих методів, які зараз використовуються для цього в науці (це дані про структуру родинних білків і методи молекулярної динаміки).

На наступному етапі ми проводимо пророкування білок-білкових взаємодій всередині вірусу: які білки і якими поверхнями один з одним контактують в вирионе, як саме влаштовані білкові комплекси. Рентгеноструктурний аналіз інформацію про це зазвичай не дає, тому ми звертаємося до методів молекулярного докінгу.

Буває, коли будова компонентів нікого вірусу нам взагалі поки не відомо. У такому випадку доводиться використовувати дані про родинні віруси яка шаблони для нової структури. Це теж досить поширена методика в науці, для цього розроблені спеціальні протоколи, які ми і використовуємо при моделюванні.

Найбільш дискусійним моментом моделі майже завжди є упаковка генома вірусу. Це дуже складне завдання, яке часто просто не може бути однозначно вирішена існуючими методами. Тому ми завжди говоримо, що показуємо в моделі тільки можливий варіант укладання генома. Ми, звичайно, намагаємося максимально повно передбачити для генома ДНК-білкові або РНК-білкові взаємодії, намагаємося встановити методами біоінформатики елементи третинної просторової структури РНК-геномів. Але абсолютно достовірно це зробити зараз просто неможливо. Це самостійна, велика і цікава наукова задача.

Плюс до всього для кожного проекту ми відбираємо найбільш авторитетних експертів, які присвятили багато років вивченню того чи іншого вірусу, проводимо з ними консультації. У разі вірусу грипу, наприклад, це була група Хайме Мартіна-Беніто з Іспанського національного центру біотехнологій і ряд інших дослідників. Для ВІЛ це був Єгор Воронін з Global HIV Vaccine Entreprise. При моделюванні Ебола ми спілкувалися з Рональдом Харті з Університету Пенсільванії.

А Зика?

Вірус Зика - досить екзотична річ, він довго був обділений увагою вчених. В даному випадку не було якихось великих наукових груп, які були б лідерами в цьому питанні і могли б нам допомогти. На щастя, це вірус досить простий, і особливої ​​необхідності залучати сторонніх консультантів в даному випадку не виникло, ми впоралися своїми силами. Уже після того, як модель була готова, ми отримали ряд мінорних коментарів, що стосуються, наприклад, глибини занурення в мембрану трансмембранних фрагментів білків.

Що було найскладнішим при створенні цієї моделі?

Напевно, просторова організація упаковки генома. Це завжди складно.

У будь відсотка білків в разі вірусу Зика вже є рентгенівські структури, а що вам доводилося відновлювати методами моделювання по-аналогії?

Поки кристалографічні дані про структури білків безпосередньо вірусу Зика не доступні, так що все просторові моделі були зроблені на основі прочитаного генома і близьких білків з родинних вірусів Денге, Західного Нілу або жовтої лихоманки.

Вірус Зика - останнє поповнення в вашому «Зоопарку Вірусів». Розкажіть, будь ласка, що це за проект і які цілі ви перед ним ставите.

«Зоопарк» - це перша в світі спроба створити колекцію науково достовірних моделей вірусів людини з атомним дозволом. Справа в тому, що віруси дуже маленькі для того, щоб вивчати їх методами, які підходять для дослідження клітин. З іншого боку, вони занадто великі, щоб працювати з ними як з білками і отримувати рентгенівські структури. Виходить, що ми досить багато знаємо про будову окремих вірусних компонентів і про те, як віруси поводяться в клітинах. Але побачити віруси своїми очима, розглянути їх у всіх подробицях можна тільки за допомогою комп'ютерного моделювання.

Тут є навіть певний парадокс: будь-яка дитина знає, як виглядає далекий від нас Марс, але на що схожий вірус грипу, яким ми всі вболіваємо щорічно, мало хто знає. Власне, з цього бажання - показати людям красу і складність мікро- і наносвіту - і виріс наш «Зоопарк Вірусів». Це перш за все просвітницький і освітній проект, і ми раді, що багато наших зображення вже потрапили на сторінки провідних підручників.

Не можу не запитати: мій улюблений гігантський мімівіруса потрапить в «Зоопарк»?

Мімівірус, звичайно, дуже великий. Правда великий. Але він не заражає людину, а «Зоопарк вірусів» перш за все про віруси людини. І, до того ж, мімівіруса досить погано вивчений. Треба розуміти, що в наших моделях завжди представлені всі молекули, які є в вирионе, навіть окремі ліпіди мембрани. Тому навіть у випадку з Ебола рахунок молекул вже йде на мільйони, і моделювання вимагає дуже великих ресурсів. У цьому сенсі мімівіруса, який за розміром залишає позаду деякі бактеріальні клітини, виглядає, звичайно, жахливо. Мабуть, для його моделювання нам буде потрібно розробити особливий підхід, так що це завдання не найближчого майбутнього. Поки ми сфокусовані на більш вивчених і поширених віруси - вірус герпесу, гепатитів та ще десяток інших.

Вірус імунодефіциту людини

Visual Science

Розмовляв Олександр Єршов