Проходящее в Москве Общее собрание РАН полностью посвящено исследованиям по коронавирусной инфекции. Ученые обсуждают различные аспекты, связанные с пандемией COVID-19, и рассматривают возможные варианты борьбы с заболеванием.
Заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Олегович Жарков рассказал о механизмах обеспечения стабильности генома коронавирусов в качестве потенциальных мишеней для противовирусных средств.
По словам Дмитрия Олеговича, для борьбы с вирусами существует не очень большое количество соединений, так как мишеней для работы подобных средств тоже мало — вирус берет много из клеток хозяина, а технологии, которые есть сейчас, отработаны на ВИЧ.
«Я буду говорить только об ингибиторах полимеразы, они действуют по двоякому механизму: либо связываются с молекулами полимеразы и подавляют ее, либо могут частично включаться в состав ДНК или РНК (в зависимости от геномного материала вируса), обрывая синтез цепи или влияя на биологию вируса», — конкретизировал Дмитрий Жарков. Например, препарат «Ремдесивир», рекомендованный для лечения коронавирусной инфекции, встраивается в РНК вируса, обрывая синтез цепи. «Он делает это по интересному механизму: молекула присоединяется к растущей цепи, за ней включается еще три нормальных нуклеотида, но, когда полимераза пытается включить четвертый, происходит столкновение внутри белка, синтез прекращается. Это сделано для того, чтобы включенные молекулы лекарства не удалялись из РНК», — объясняет Дмитрий Жарков.
Было замечено, что у некоторых вирусов есть система коррекции, подобная той, которая есть у клеточных организмов: специальные белки-экзонуклеазы удаляют неправильно включенное звено. У коронавируса, единственного из РНК-содержащих вирусов, тоже есть такой белок — экзонуклеаза nsp14. Однако у нее нетипичный механизм работы: из-за того, что при репликации коронавируса активные центры полимеразы и экзонуклеазы разнесены примерно на 80 ангстрем (что довольно далеко, так как в известных структурах расстояние достигает всего 40 ангстрем), а сам репликативный комплекс существует в виде димера, где параллельно ведут синтез два комплекса, исследователи предположили, что может работать процесс возврата. Если встраивается какое-то неправильное звено, то полимераза способна открутить назад до шести нуклеотидов, а молекула экзонуклеазы с другого полимеразного комплекса — спокойно удалить одну или несколько неправильных вставок. Таким образом она может вырезать даже ремдесивир.
Получается, что в качестве противовирусного средства в этом случае необходимы вещества, которые смогут включиться полимеразой в состав рабочей цепи, но при этом будут устойчивы к воздействию экзонуклеазы. Такого эффекта можно достичь, модифицируя фосфатную группу лекарственного нуклеотида. «Задача довольно сложная, поскольку такие соединения хуже используются полимеразой, но, с точки зрения биологии, мишень выглядит многообещающе», — резюмировал Дмитрий Жарков.
Главный научный сотрудник Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин представил различные модели распространения COVID-19, разработанные с учетом экономических факторов и экологической обстановки. Одной из самых эффективных ученые признают модель SIRC, дополненную играми среднего поля (MFG), в которой население разбивается на группы, задаются взаимосвязи и переходы между ними. Недавно специалисты включили в нее группы инфицированных разными штаммами COVID-19 (альфой, дельтой, омикроном). «Такая модель позволяет моделировать эпидемиологическую ситуацию на сто дней вперед», — сказал Сергей Кабанихин.
Другие модели помогают предсказывать развитие экономической ситуации. В частности, они показывают, что растут и будут расти задолженности по потребительским кредитам. Пандемия резко обострила проблему устойчивого рынка в этой области. Падение доходов домохозяйств в 2020 году составило порядка 10 %. Взрывное увеличение задолженностей демонстрируют провинциальные регионы. «С течением времени при текущей экономической ситуации наблюдается существенный рост разорившихся домохозяйств», — отметил ученый.
Директор ИВМиМГ СО РАН доктор физико-математических наук Михаил Александрович Марченко рассказал о новом методе, рожденном в школе методов Монте-Карло. Ученые построили вычислительно экономичную численную модель, дополняющую модель на основе дифференциальных уравнений. Кроме того, исследователи объединили шесть пуассоновских потоков модели в один, что позволило существенно ускорить расчеты. Такая модель является имитацией реального процесса, когда можно учитывать рычаги и меры воздействия. «Мы проверили модель на известных данных, показали ее работоспособность, прогноза у нас пока нет, это скорее моделирование сценариев», — сказал Михаил Марченко.
Ученый отметил, что на эпидемиологию существенно влияет изменения климата. «По нашему мнению, от Академии наук можно подать заявку на организацию масштабного междисциплинарного проекта, где бы учитывались изменения климата (в подробных математических моделях) и их влияние на эпидемиологическую ситуацию и организмы, — предложил директор ИВМиМГ СО РАН. — Без сомнения, численный анализ происходящих событий может быть большой и серьезной задачей, которая оправдывает затраты на усиление суперкомпьютерных мощностей».
Заведующий отделом экспериментального моделирования и патогенеза инфекционных заболеваний Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины доктор биологических наук Александр Михайлович Шестопалов поднял вопрос мониторинга миграций диких животных для отслеживания и изучения возможных зоонозных инфекций. «Из более 1 400 патогенов, опасных для человека, примерно 64 % — это зоонозы», — уточнил Александр Шестопалов. Он кратко рассказал об основных примерах подобных заболеваний, в том числе и респираторных.
«Наибольший интерес для исследований представляют птицы, так как они являются резервуаром вирусов гриппа, а кроме того, могут переносить насекомых и их личинок (которые тоже активно распространяют различные инфекции). Например, птичий грипп H5N1 оказался высокопатогенным для домашней птицы и принес значительный ущерб птицеводству. Летальность некоторых видов гриппа птиц для человека может достигать 60 %», — проблематизировал Александр Михайлович.
Он подчеркнул, что необходимо возрождать активное изучение миграции пернатых, которое в настоящий момент практически не ведется. На смену кольцам пришли специальные трансмиттеры, которые, однако, производятся не в России, а значит, и считывающие устройства с информацией о перемещениях располагаются также в других государствах. Это приводит к тому, что российские ученые располагают не всем массивом данных. «Российская система “Икарус” только разрабатывается, — сказал А. Шестопалов. — Это один из магистральных путей изучения птиц и летучих мышей. Информация может нам указать, что ожидать и из какого направления, особенно в связи с изменением миграционных маршрутов (которое в свою очередь связано с изменениями климата и деятельностью человека)».
«Наука в Сибири»
Фото Юлии Поздняковой (анонс) и из открытых источников
