Сотрудник лаборатории углеводов Института биоорганической химии РАН Николай Бовин совместно с учеными из США использовал ряд лектинов растений, чтобы установить, как меняется способность гемагглютининов вируса гриппа штамма A/California/04/09 (H1N1) присоединяться к поверхности клеток в зависимости от мутаций в геноме этого вируса. Научная статья по итогам исследования опубликована в журнале PLOS ONE.

На поверхности вирусов гриппа присутствуют белки гемагглютинины.

Они обеспечивают прикрепление вирусной частицы к мембране клетки-«жертвы», соединяясь с молекулами сиаловых кислот на ее поверхности. Гены гемагглютининов быстро мутируют, за счет чего вакцины против вирусов гриппа стремительно устаревают, переставая оказывать защитный эффект. Также вирусные частицы несут на себе фермент нейраминидазу, воздействующую на сиаловые кислоты и тем самым повышающую вероятность связывания вируса с атакуемой клеткой.

Авторы новой работы решили выяснить, какие именно мутации в генах гемагглютинина HA1 и нейраминидазы способствуют успешному прикреплению частицы вируса «птичьего гриппа» H1N1 штамма A/California/04/09 к поверхности клеток млекопитающих. Вирусологи оценивали их связывание с сиаловыми кислотами на поверхности клеток эпителия легкого человека (культура Calu-3).

Также в ряде случаев в среде с клетками и вирусами присутствовали в различных концентрациях два вида лектинов — веществ, чьи молекулы по структуре близки к HA1. Они были получены из растений видов маакия амурская (Maackia amurensis) и бузина черная (Sambucus nigra). Эти лектины также способны соединяться с сиаловыми кислотами, поэтому они выступали в роли конкурента вирусных частиц за место на мембранах заражаемых клеток.

Часть вирусов «пересеивали» из одной чашки с клетками эпителия легких в другие, а часть оставляли в прежних культурах. Это делали, чтобы выявить мутации в вирусных генах, возникшие после начала эксперимента, и вызвать избирательное размножение более приспособленных вирусных частиц в изначально стерильных культурах.

Эффективность связывания A/California/04/09 оценивали несколькими способами: с помощью флуоресцирующих антител против них и подсчета копий вирусных РНК в клетках Calu-3 (чем их было больше, тем больше вирусных частиц смогли связаться с поверхностью клеток, попасть внутрь них и размножиться там). Кроме того, анализ состава РНК показывал, какие замены аминокислот в гемагглютинине HA1 и нейраминидазе способствовали успеху вирусов в конкуренции с растительными лектинами.

Оказалось, что наибольшее конкурентное преимущество по сравнению с лектинами и немутировавшими вирусами A/California/04/09 дают замены 129й, 155й и 183й аминокислот в HA1. Такие замены вызываются мутациями в соответствующих генах. При наличии упомянутых замен эффективность связывания вирусных частиц с клетками эпителия легкого человека вырастает в 3−4 раза. А замена 201й аминокислоты в нейраминидазе, напротив, снижает ее активность в 2,3 раза.

Таким образом, исследователи показали, какие конкретно изменения в структуре белков на поверхности частиц вируса «птичьего гриппа» приводят к повышению его способности инфицировать дыхательную систему людей. Вероятно, эти данные помогут выявить закономерности эволюции вируса H1N1 и лучше подготовиться к возможным эпидемиям, им вызванным.