Čeští vědci dovedou ovládat virus HIV světlem

Tým českých a německých vědců vytvořil „dálkové ovládání“ k viru HIV. Laserovým paprskem dovede jako první na světě ve stejný okamžik probudit k životu většinu virových částic ve vzorku, což otevírá nové možnosti studia životního cyklu viru. Vědci díky tomu získají informace, které mohou pomoci při hledání nových typů léčiv.

Virus HIV sice patří k nejprozkoumanějším virům světa, přesto stále řadu důležitých detailů jeho životního cyklu neznáme. Platí to především o závěrečné fázi zrání virových částic, které se tvoří na plazmatické membráně infikované buňky. Těžko totiž zkoumat sled jednotlivých kroků, je-li ve vzorku každá z bezpočtu virových částic v jiném stádiu svého vývoje. Prvním krokem k jejich studiu je tedy nutnost virovou kulturu synchronizovat, aby se s ní dalo pracovat jako s jednotným celkem. To se snadno řekne, hůře provádí.

Tým vědců z Ústavu organické chemie a biochemie (ÚOCHB) AV ČR, Přírodovědecké fakulty UK a univerzity v Heidelbergu pod vedením Jana Konvalinky (ÚOCHB a PřF UK) o úspěšném zvládnutí synchronizace virů HIV referuje v časopise Nature Communications (doi: 10.1038/ncomms7461).

Virus sám o sobě není nic víc než „špatná zpráva zabalená do bílkoviny“, jak ho kdysi charakterizoval britský biolog a nositel Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu z roku 1960 Peter Medawar. Žádný virus neumí sám sebe kopírovat, musí k tomu zneužít napadenou buňku. Ta disponuje aparátem schopným vyrobit podle návodu zapsaného v genech (v případě viru HIV v molekule RNA) všechny potřebné proteiny (bílkoviny) a sbalit je spolu s RNA do nové virové částice.

Buňka ale netvoří virové proteiny jednotlivě. Syntetizuje dlouhý peptidový řetězec (polyprotein), který se teprve potom musí naštípat na jednotlivé bílkoviny. K tomu slouží jeden z virových proteinů – enzym proteáza. V době, kdy se na plazmatické membráně infikované buňky tvoří nové virové částice, proteáza naštípe polyprotein na jednotlivé bílkoviny. Právě na ni vědci zaměřili svou pozornost.

Molekulární vypínač

„Když proteázu zablokujete, nová virová částice sice vznikne, ale nedozraje. Pod mikroskopem vypadá jinak a hlavně není infekční,“ vysvětluje pro VESMÍR Jan Konvalinka. Šlo tedy o to získat „vypínač“, s jehož pomocí lze chování proteázy (a tím dozrávání viru) ovládat. Po „vypnutí“ by všechny virové částice dospěly do stejného stadia vývoje, v němž by ustrnuly. Po opětovném „zapnutí“ by se celá virová kultura probudila k životu ve stejný okamžik a závěrečnou fázi zrání by absolvovala synchronně.

Jednou z cest by bylo připravit proteázu, která by se skokově aktivovala zvýšením teploty. U jiných virů se podobně řízené proteiny osvědčily, u HIV ale tento postup selhal. Nakonec vědci uspěli s jiným nápadem. Syntetizovali molekulu, která funguje jako inhibitor proteázy, plní tedy funkci onoho „vypínače“.  Po ozáření laserovým paprskem na pomezí viditelné a UV části spektra (405 nm) se tento inhibitor rozpadá, čímž ztrácí účinnost a proteáza se může pustit do díla.

Výsledkem je tkáňová kultura infikovaná virem HIV, v níž se virus množí, ale virové částice působením inhibitoru svůj vývoj před úplným dozráním zastavují. Až po ozáření vzorku ve skleněné kapiláře laserovým paprskem a po rozpadu inhibitoru se vývoj virů opět rozjede, tentokrát v celém takto ošetřeném vzorku synchronně.

Zní to jednoduše, ale bylo třeba překonat řadu překážek. Jan Konvalinka vysvětluje: „Věděli jsme, jak by ta molekula měla vypadat vypadat, aby inhibovala enzym. Věděli jsme také, jak by měla vypadat, aby se dala rozštěpit světlem, tj. aby byla fotolabilní. Problém však byl v tom, jak obě vlastnosti zkombinovat. Jirka Schimer dlouho připravoval látky, které perfektně inhibovaly, ale pomalu se degradovaly světlem. Nebo byly naopak skvěle fotolabilní, ale špatně inhibovaly. Nakonec začal připravovat sloučeniny, které byly po obou stránkách perfektní, ale zato skoro nerozpustné…“

Nakonec se tedy vše podařilo odladit, a na světě je tak zřejmě první světlem ovládaný virus. „Už nám gratulovalo několik proslulých amerických virologů a chemiků. Jeden mi napsal, že se o něco podobného pokoušeli šest let, ale nepovedlo se jim to,“ říká Jan Konvalinka. Podíl českých vědců na úspěchu je klíčový – kromě počátečního nápadu se postarali i o design a syntézu inhibitoru potřebných vlastností, stejně jako o konstrukci aparátu pro jeho světelnou deaktivaci. Němečtí kolegové přispěli především svými zkušenostmi s prací s infekčními kulturami.

Nově vytvořený virus HIV se uvolňuje z membrány napadené buňky.  Zdroj: National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID)

Nově vytvořený virus HIV se uvolňuje z membrány napadené buňky. Zdroj: National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID)

Netušené detaily

Virologové získali nový nástroj umožňující prozkoumat detaily životního cyklu viru HIV. Půjde například pomocí pokročilých zobrazovacích metod pořídit snímky virové částice v různých stádiích jejího vývoje a vytvořit z nich film zachycující celý proces.

Jana Konvalinku ze všeho nejvíce zajímá, co je ona první událost, která spouští zrání HIV: „Je jasné, že se polyproteiny HIV, které v sobě tu proteázu obsahují, shromažďují na plazmatické membráně infikované buňky. Dokonce se skládají do virové částice. – A pak se stane NĚCO, co proteázu aktivuje, ta se pak vyštěpí a rozštěpí zbytek virových proteinů. Většina lidí si myslí, že stačí zakoncentrování molekul, které dimerují, a tím se aktivují. Já si myslím, že ne, že to musí udělat nějaká jiná proteáza na povrchu hostitelské buňky. A pokud tak neučiní, k úplnému dozrání viru nedojde. Teď máme nástroj na to, abychom to mohli zjistit.“

Stejný postup však půjde využít i u jiných virů, takže přínos nové metody nekončí zdaleka jen u boje s HIV.

 

Titulní ilustrace: Struktura viru HIV. Zdroj: Graham Johnson & Ludovic Autin/The Scripps Research Institute

Print Friendly