Учені Київського національного університету імені Тараса Шевченка шукають спосіб не допустити проникнення SARS-CoV-2 до організму людини
Понад рік кращі науковці світу досліджують механізми поширення вірусу SARS-CoV-2, перебіг захворювання на COVID-19, ускладнення від хвороби тощо. Кожне дослідження дає людству нові знання і надію подолати вірус та хворобу. Команда вчених Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка також долучилася до досліджень. Науковці вивчають клітинні механізми дії вірусу на різні системи організму людини та шукають спосіб, як «не пропустити» вірус всередину клітини.
Проєкт «Хіміко-генетичний підхід до вивчення наслідків пригнічення ACE-2 як фармакологічної моделі побічних ефектів COVID19 в нервовій, кишковій, серцево-судинній системах та системі гемостазу» переміг у конкурсі Національного фонду досліджень України «Наука для безпеки людини та суспільства» та отримав грантове фінансування в розмірі майже 9,5 мільйонів гривень.
Керівник проєкту, професор кафедри супрамолекулярної хімії ІВТ КНУ імені Тараса Шевченка Сергій Рябухін розповів, що долучитися до боротьби з вірусом науковці вирішили ще на початку пандемії. Для досліджень обрали саме клітинні механізми дії вірусу на організм людини, оскільки ця дія зумовлює важкі й тривалі побічні наслідки. Наукова інтуїція не підвела: сьогодні, коли минув понад рік з початку пандемії, наявність таких наслідків та їхня тривалість уже не викликає сумніву. Всесвітня організація охорони здоров’я визначає ці ускладнення як постковідний синдром («Long COVID»).
«Консьєрж» на вході до клітини
У чому ж суть проєкту?
– Ми хочемо створити набір низькомолекулярних хімічних зондів (4-5 прикладів) для селективного інгібування ACE2-рецептору, – пояснює Сергій Вікторович. – Якщо говорити просто, то ACE2 – це білкова молекула на поверхні мембран багатьох типів клітин (легень, серця, судин, нирок, печінки та шлунково-кишкового тракту). ACE2 «пропускає» у клітини лише ті молекули, які потрібні для життєдіяльності, тобто це такий собі консьєрж на вході до наших клітин. Існувала гіпотеза, що вірус SARS-CoV-2, використовуючи колосоподібний білок на своїй поверхні, зв’язується з ACE2 – як ключ, що вставляється в замок. Відповідно, йому вдається проникнути в клітину і заразити її. Отже, ACE2 діє як клітинний отвір для вірусу, який викликає COVID-19. Ми ж намагаємося визначити, чи справді ACE2 є одним із етапів поширення вірусу, тобто чи проникає SARS-CoV-2 до клітини після взаємодії саме з цією молекулою. Хочемо знайти невеликі та достатньо прості молекули, що також можуть поєднуватися з ACE2 і блокувати (інгібувати) вхід вірусу.
Образно кажучи, якщо вхід до клітини вдасться «заблокувати», вірус уже не зможе «відчинити двері», оскільки «в замок вже вставлено інший ключ».
Десять молекул і надія
Коли проєкт переміг у конкурсі, вчені одразу взялися до роботи. Спочатку проаналізували усі відомі хімічні молекули, які могли б мати хоча б найменшу блокувальну властивість щодо ACE2. Зі здивуванням виявили, що таких молекул надзвичайно мало. Пошук ускладнювало й те, що молекули повинні були не лише блокувати ACE2, але й бути неактивними до інших подібних рецепторів. «Тобто наш ключ повинен був підходити лише до одного замка і зовсім не підходити до інших», – зазначив Сергій Вікторович.
Врешті вибрали десять найбільш перспективних молекул і почали розробку та оптимізацію методів їх синтезу. Потрібно було отримати хоча б 1-2 грами сполук (іншим ученим вдавалося синтезувати не більше 10 мг кожної). Одночасно розробили комп’ютерні моделі ACE2 і за допомогою моделювання намагалися знайти в базі доступних хімічних речовин ті, що потенційно могли б бути інгібіторами, щоб синтезувати та перевірити їхню активність уже на біологічних моделях.
У цій роботі вченим дуже допомогли бази компанії «Єнамін», яка є світовим лідером з постачання малих молекул. Компанія має близько трьох мільйонів сполук на складі та базу в понад 100 мільйонів сполук, які можна синтезувати за короткий проміжок часу.
Звісно, це складні дослідження були б неможливі без сучасного обладнання. За кошти гранту придбано сучасний прилад для біохімічних досліджень – Спектрофлюориметр Shimadzu RF-6000. Ще один прилад команда планує придбати до серпня.
Зупинити SARS-CoV-2 та інші віруси
Як же просувається робота з пошуку молекул, які блокують ACE2 та ускладнюють проникнення SARS-CoV-2 до клітин?
За словами науковця, вже синтезовано чотири з десяти сполук, нині тривають їх біологічні дослідження. Ще чотири сполуки знаходяться на фінальних стадіях синтезу. Учені також провели пошук потенційно активних сполук на трьох різних комп’ютерних моделях і первинне біологічне тестування знайдених молекул на клітинному рівні. Сьогодні дослідники оптимізують їхню активність та селективність саме до інгібування ACE2.
– До кінця роботи в проєкті плануємо розробити 4-5 низькомолекулярних хімічних зондів селективних інгібіторів ACE2, заснованих на різних хемотипах (різновидах сполук), – розповідає керівник проєкту. – Якщо говорити просто, ці зонди і повинні «закрити вхід» для вірусу та підтвердити або спростувати гіпотезу про роль ACE2 в механізмі його дії. Профайл цих зондів відповідатиме світовим критеріям, зокрема будуть з’ясовані й описані хімічні властивості (структура, стабільність, проникність); біологічна активність (біохімічна, in vitro, in vivo); біологічна селективність (хемотипи, хемоінформатика); напрями використання (придатність зонда для перевірки конкретної розглянутої біологічної гіпотези, доступність).
Звісно, ці зонди – аж ніяк не ліки, але результати проєкту можуть дати людству нові знання про вірус і стати поштовхом до створення таких ліків у майбутньому.
За результатами досліджень науковці планують опублікувати низку статей у високорейтингових міжнародних журналах, а найважливіші з них – у журналах з відкритим доступом. Інформація про розроблені хімічні зонди з деталізованим профілем буде також розміщена на Порталі хімічних зондів (Chemical Probe Portal), згідно з рекомендаціями Національного інституту здоров’я США (NIH), у соцмережах тощо.
Учені переконані, що результати їхньої роботи, зокрема, знаходження молекул, які блокують ACE2, дозволять багатьом дослідникам у світі вивчати механізм дії не лише SARS-CoV-2, а й будь-яких вірусів, у механізмі дії яких бере участь ACE2.
До команди науковців КНУ імені Тараса Шевченка ввійшли кращі вчені, які спеціалізуються в синтетичній хімії, хемоінформатиці та скринінгу, дослідженнях біології кишківника, серцево-судинної системи, також була залучена група спеціалістів з Інституту біохімії імені О.В. Палладіна в галузі нейрохімії та нейробіології.
– Пишаюся нашою командою, – з гордістю каже Сергій Вікторович. – Успіхи й обнадійливі результати досліджень – це результат злагодженої роботи науковців.
До колективу виконавців проєкту входять п’ять докторів наук (з великою кількістю публікацій в міжнародних журналах та індексом Гірша від 15 до 25). Окрім Сергія Рябухіна, це професори Дмитро Волочнюк, Ганна Толстанова, Анатолій Соловйов та Тетяна Борисова. У команді працюють й інші відомі спеціалісти: провідний спеціаліст в галузі хемоінформатики Юрій Мороз, відомий спеціаліст зі скринінгу Петро Бориско, молодий, але вже досвідчений синтетик Олександр Пащенко та інші.
Запитую керівника проєкту: що б він порадив науковцям, які нині лише планують подавати заявки на конкурс? І найважливіше: що потрібно для перемоги?
Сергій Вікторович відповів, що, попри труднощі першого року роботи, зокрема, надмір звітності, радить колегам подавати свої проєкти на конкурс. «По-перше, це хороший рівень фінансування, який дозволяє розв’язувати задачі, актуальні для міжнародної наукової спільноти; по-друге, можливість придбати обладнання, що в перспективі допоможе створити потужні технопарки, – зазначив він. – А для перемоги потрібно не так вже й багато – хороша ідея, потужна команда та можливості для її реалізації».
Світлана ГАЛАТА
