Почему одни вирусы безвредны, а другие смертельны?

«Невакцинированные люди действуют как резервуар, из которого вирус, вызывающий COVID-19, может продолжать попадать обратно в вакцинированных людей», — сказал те Вельтуис.

Количество вирусов превышает число людей примерно на 400 триллионов к одному, и все же пандемии случаются редко. Почему? Почему несколько вирусов наносят такой большой ущерб, когда подавляющее большинство из них безвредны или даже полезны?

Эти вопросы заставляют A.J. те Велтус, вирусолог, который поступил на факультет молекулярной биологии Принстона в январе 2021 года, пишет medicalxpress.com.

«AJ — это будущее вирусологии», — сказала Бонни Басслер, профессор молекулярной биологии Squibb и заведующая кафедрой. «Наш отдел всегда был центром вирусологии. Когда пришло время нанять нового доцента, наши старшие вирусологи — невероятная группа ученых и интеллектуалов — помогли нам понять, куда движется будущее в этой области, и точно определили его».

«Я работаю над РНК-вирусами, и я занимаюсь этим уже очень давно», — сказал те Вельтуис. «Меня особенно интересует, почему некоторые новые вирусы, когда они перепрыгивают на людей, внезапно вызывают тяжелые заболевания, тогда как когда они были у летучих мышей или у других видов, они казались почти безвредными».

Он изучает фундаментальные механизмы того, как вирусы размножаются и сбивают с толку нашу иммунную систему. Он также работает над новыми масками, которые инактивируют вирусы, противовирусными препаратами, которые останавливают репликацию вируса, и над тем, как варианты одного и того же вируса, такие как омикрон или дельта, могут возникать и причинять больше вреда, чем другие. Он указал на ключевую роль, которую играют программы вакцинации во всем мире.

«Невакцинированные люди действуют как резервуар, из которого вирус, вызывающий COVID-19, может продолжать попадать обратно в вакцинированных людей», — сказал те Вельтуис. «К сожалению, это идеальная модель выбора для новых вариантов».

Защита от коронавируса

В первые дни пандемии исследователи экспериментировали на живых образцах SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, подвергая себя большому личному риску. Те Вельтус нашел способ изменить это — отредактировать геном нового штамма SARS, чтобы он и его коллеги по всему миру могли изучать вирус, не подвергая себя и своих близких смертельной болезни.

Для этого он воспользовался тем фактом, что это необычайно сложный вирус со сложной структурой, закодированной в длинной последовательности РНК (одноцепочечной родственнице ДНК).

Длинный геном можно представить себе как поезд с локомотивом и длинной вереницей вагонов, соединенных вместе за ним. Когда вирус хочет дать инструкции клеткам, в которые он вторгается, ему нужно выделить наиболее важную часть своего генома, поэтому он вырезает этот «вагон» и прикрепляет его спереди. Исследователи из лаборатории Те Велтуса использовали это свойство, чтобы изолировать один локомотив и один вагон поезда, в результате чего появился микровирус, который не может заражать новые клетки, но все же может быть полезен для тестирования противовирусных препаратов и изучения новых мутаций.

«Это больше не смертельно, потому что вам нужны все остальные «вагоны», чтобы создать полноценную заразную вирусную частицу», — сказал те Вельюис. «Если у вас есть только один изолированный вагон поезда, он не может произвести ничего заразного, но он дает вам информацию о том, как работают колеса, насколько силен локомотив».

Во многом те Вельтуис думает как инженер, что, по его словам, родом из детства, наполненного игрушками-конструкторами. «Структурная биология продвинулась вперед таким образом, что вы можете начать смотреть на молекулы почти как на Лего в том, как они сочетаются друг с другом и как мы можем строить из них. Обдумывать их, рисовать и учить этому студентов очень весело. Это так наглядно и так красиво».

Эта любовь к разглядыванию этих крошечных структур была частью того, что привлекло его в Принстон с его выдающимся сообществом исследователей микроскопии. «Изображение говорит гораздо больше, чем некоторые биохимические работы, которые мы делаем — как для ученых, так и при общении со студентами и более широким сообществом», — сказал те Вельтуис. «Поэтому работа с ними и поиск новых способов изучения вирусов действительно вдохновляют».

Он прибыл в Принстон в январе 2021 года, чтобы найти гору коробочного оборудования и строительную зону там, где должна быть его лаборатория. У него уже была одна аспирантка, Кимберли Сабсей, которую он консультирует вместе с Недом Вингрином, профессором наук о жизни Говарда А. Приора из Принстона, который также является профессором молекулярной биологии и Института интегративной геномики Льюиса-Сиглера.

Сабсей и те Вельтус столкнулись с трудностями — и радостью — в строительстве лаборатории с нуля, несмотря на задержки строительства, связанные с COVID, и проблемы с поставками.

«Распаковка коробок с новым оборудованием была похожа на Рождество, и это держало нас в здравом уме, поскольку отсрочка за задержкой затягивала строительство», — сказал Сабсай. «Опыт, который я получил, работая один на один с A.J. спроектировать и собрать лабораторию своей мечты, было неоценимо. Процесс был мучительно медленным, полным разочарований и неудач, но в конечном итоге он оказался более полезным, чем я мог себе представить, — как и сама наука».

Мазок предсказывает пневмонию?

Задолго до нынешней пандемии Те Вельтуис изучал коронавирусы, а также различные штаммы гриппа, сравнивая сезонный грипп (H1N1) с двумя пандемиями: гриппом 1918 года и птичьим гриппом (H5N1). В то время как сезонный грипп обычно вызывает легкие симптомы, два других гриппа могут вызвать чрезмерную реакцию иммунной системы, которая наполняет легкие жидкостью (пневмония). Как мир узнал в начале 2020 года, семейство вирусов коронавирусов имеет аналогичную картину: хотя большинство коронавирусов вызывают только легкие симптомы простуды, некоторые могут вызывать пневмонию, включая SARS-CoV-2.

Те Велтуис и его команда обнаружили, что молекулярный триггер, который превращает грипп в пневмонию, представляет собой крошечную молекулу вирусной РНК. Они могут обнаружить его in vitro, у хорьков, инфицированных гриппом 1918 года, и в мазках слюны пациентов больниц; продолжающееся исследование, надеется te Velthuis, может привести к быстрому тесту для прогнозирования тяжелого гриппа, что в конечном итоге приведет к более быстрому и лучшему лечению.

Он также хочет сделать еще один шаг вперед. Сейчас его команда работает над выявлением механизма, лежащего в основе этого триггера, с целью найти лекарства, которые инактивируют этот процесс, превращая серьезную угрозу здоровью в незначительное неудобство.

«Если у нас будет инструмент, например, лекарство, которое мы сможем использовать, когда появится патогенный вирус, мы сможем немедленно превратить его в более управляемый сезонный вирус, и мы не увидим такого большого давления на больницы и другие медицинские учреждения. институтов», — сказал те Вельтуис, чья работа частично финансируется Национальными институтами здравоохранения. «Это большая мечта, большая цель».

Учитель и исследователь

Весной этого года Те Вельтуис будет преподавать «Патогены, пандемии и технологии» с Кэмероном Мирволдом, также доцентом кафедры молекулярной биологии.

По словам те Велтуса, курс будет рассматривать пандемии с разных точек зрения. «Как вы изучаете вирус? Как вы разрабатываете способы защиты от него? Что нужно вирусу, чтобы попасть в клетку? Что заставляет их вызывать болезни? Что вызывает пандемию?»

Вирусы сильно отличаются друг от друга, но все они должны решать одни и те же задачи, объяснил те Вельтуис — проникать в клетки, взаимодействовать с белками, уклоняться от иммунной защиты, — а это значит, что вирусы часто используют схожие механизмы. Отчасти поэтому он так рад присоединиться к исследовательскому сообществу Принстона. «Вирус пытается решить инженерные проблемы, прыгая между средами, поэтому очень полезно услышать, что физики и инженеры думают об этих вещах», — сказал он.

Конечно, не случайно два новейших исследователя коронавируса из Принстона читают курс по пандемиям.

«На кафедре молекулярной биологии мы придаем большое значение тому, чтобы быть отличными учителями во всех проявлениях этой роли — в классе, в лаборатории, со студентами, работающими над диссертацией», — сказал Басслер, заведующий кафедрой. «На нашем факультете многие студенты становятся соавторами опубликованных работ, потому что они делают важные открытия в своей дипломной работе. Студенческие исследования на факультете молекулярной биологии в Принстоне — это настоящее дело. Мы полностью погружаемся в исследования и испытываем трепет перед открытиями — здесь мы не шутим по этому поводу».

'Э.Дж. дает нам свободу воплощать в жизнь наши самые смелые экспериментальные мечты», — сказал Сабсей, продолжавший работать в своей лаборатории. «И когда наши безумные планы приводят нас к провалу, он всегда рядом с нами, чтобы помочь реанимировать их и сохранить нашу фантазию как можно дольше».

'Э.Дж. никогда не отказываюсь ни от чего, что я хочу попробовать», — согласилась Елизавета Ельшина, его первая аспирантка, приехавшая вместе с Велтуисом из Кембриджского университета.

«Наука заключается в том, чтобы пробовать разные вещи, — сказал Каришма Бишт, исследователь с докторской степенью, присоединившийся к его лаборатории осенью 2021 года. — Не все будет работать, но вы не узнаете об этом, пока не попробуете — и готов рискнуть вместе с вами, чтобы исследовать эти научные вопросы, поделившись своими знаниями, опытом и ресурсами».

Басслер сказал, что те Вельтуис уже стал ценным дополнением к своим многочисленным сообществам исследователей — в своей лаборатории, в их отделе и во всем университете. «Из-за нашей приверженности обучению Принстон сам отбирает людей, которые считают, что часть общественного договора ученого состоит в том, чтобы научить следующее поколение ученых быть учеными», — сказала она. «И А.Дж. уже вносит свой вклад в дух сотрудничества нашего отдела, поддерживающий принцип «Все за одного и один за всех». Это произошло быстро, особенно с учетом ограничений COVID. В Zoom сложно погрузиться в работу отдела, но он это сделал».