Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Суперкомпьютер «Ломоносов»

Газета.ру: «Ломоносов» посчитал «бусы»

Ключевые слова:  Генная терапия, Гены, Клетка, МГУ им. Ломоносова, Наноструктуры, Суперкомпьютер "Ломоносов"

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

16 февраля 2013

Ученые из МГУ совместно с коллегами из Германии создали вещество, которое получит широкое применение в генной терапии: пептид EF-C ускоряет перенос «лечебного» гена от генетически модифицированного ретровирусного вектора к ДНК человека.

Генная терапия — это довольно быстро развивающаяся область медицины, нацеленная на лечение наследственных болезней. Истории успеха здесь пока можно пересчитать по пальцам, но в последнее время генная терапия развивается быстрыми темпами, в том числе испытываются схемы для лечения рака. Суть метода, в принципе, очевидна: ввести в организм генетический материал, который бы все исправил. Но сделать это непросто. Например, как внедрить в уже сформировавшийся геном чужеродную генетическую информацию? В некоторых случаях решение подсказывает сама природа, притом с помощью не самых лучших своих представителей.

Печально известный ВИЧ представляет собой ретровирус — частицу, способную путем хитрых манипуляций встраивать свой геном в ДНК человека, и тем самым себя воспроизводить.

Ученые уже достаточно давно скопировали этот механизм и изобрели так называемые ретровирусные векторы — генетически модифицированные ретровирусы, несущие ген, который нужно встроить в клетку. Но у этой методики есть недостатки. Перенос генов от вектора к ДНК человека — процесс физиологически небыстрый, кроме того, часто не удается создать высокую концентрацию вирусных частиц. До недавних пор единственным разрешенным препаратом, который хоть как-то все ускорял, был ретронектин — белок, состоящий более чем из 500 аминокислотных остатков. Но, возможно, в ближайшее время ситуация изменится.

Международным коллективом ученых, куда вошли исследователи изМГУ, разработан короткий пептид EF-C, состоящий всего из 12 аминокислотных остатков, перекрывающий ретронектин по своим возможностям.

Статья опубликована в авторитетном журнале Nature Nanotechnology.

Ученые обнаружили, что данный пептид способен к самоорганизации в стержнеобразные наноструктуры (фибриллы) размером в среднем 3,4 на 100 нм, которые связываются с ретровирусными векторами и помогают им слиться с клеточной мембраной, после чего те могут вбросить в клетку генетический материал. В экспериментальных исследованиях пептид EF-C ускорял инфицирование клеток ретровирусами и оказался как минимум в 4 раза более эффективным, чем другие известные пептидные препараты, и при этом — малотоксичным. Кроме того, с ним оказалось гораздо проще и удобнее работать, чем с аналогами — EF-C соединяется с ретровирусами в обычном растворе, а в случае ретронектина требуются специально подготовленные поверхности.

Один из важнейших вопросов всей работы: какие структурные особенности помогают фибриллам быть настолько эффективными?

На этот вопрос ответ нашли ответ российские участники исследования, проведшие компьютерное моделирование самосборки фибрилл на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов».

Каждая из систем, моделирование которой проводилось, состояла из порядка 300 тысяч атомов. Благодаря использованию параллельных вычислительных технологий по методу декомпозиции области, расчеты проводились с одновременным использованием 256 вычислительных ядер для каждой моделируемой системы, что позволило проводить эти расчеты со скоростью эволюции не менее 30 наносекунд в день. Моделирование проводилось с использованием программного пакета GROMACSv.4.5, размер моделируемой ячейки составил 10х10х30 нм, что позволило моделировать морфологически значимые участки фибрилл длиной 25 нм.

«Когда было открыто ускорение доставки ретровирусных векторов в эукариотические клетки, то сотрудники Медицинского центра Университета Ульма, обнаружившие эффект, стали искать его молекулярные причины. Для этого нужно было сделать много измерений самыми разными методами, в том числе и то, что сделали мы — молекулярное моделирование самосборки пептидов, — рассказывает проректор МГУ академикАлексей Хохлов, руководивший этой частью исследования. — Моделирование объяснило результаты, полученные экспериментальным путем; потом это объяснение и предсказания компьютерного моделирования в свою очередь были проверены дополнительными экспериментами».

На суперкомпьютере «Ломоносов» ученые выяснили, что фибриллы закручиваются в спираль с длиной периода 28 нм.

«Это имеет ключевое значение для их биологических свойств», — говорит научный сотрудник биологического факультета МГУ Алексей Шайтан.

Взаимодействие ретровирусных частиц (отрицательно заряженных) с клеточной мембраной (тоже отрицательно заряженной) возможно, если между ними сократить отталкивание. Например, к вирусным частицам цепляют положительно заряженные полимерные молекулы, и получившиеся комплексы не отталкиваются от мембран. Такие молекулы заворачиваются вокруг вирусов, плотно закрывая их заряды, но тем самым утрачивая и свои; комплекс в итоге преимущественно электронейтрален. «Они обматывают вирусы как бусы», — комментирует Алексей Шайтан — Сколько зарядов на вирусе – примерно столько же бусин он на себя цепляет.

Это теперь незаряженная частица, которая может сесть на мембрану, а может и не сесть — ведь бусы еще к тому же закрывают гликопротеины вируса, которыми он взаимодействует с наружными клеточными рецепторами ».

С фибриллой все по-другому: по данным компьютерного моделирования, она закручена в толстую спираль, вокруг оси которой со всех сторон располагаются положительные заряды. Поэтому, если одной стороной спираль «прильнула» к вирусу, то другая — всегда свободна и заряжена положительно; это помогает комплексу притянуться к мембране, а в итоге приводит к большему захвату вирусных частиц клеткой. «Понятно, что жесткие фибриллы еще и не обматывают вирус — гликопротеины свободны и могут провзаимодействовать с рецепторами на поверхности клетки», — говорит Шайтан. Его компьютерный эксперимент также показал, что фибриллы сами по себе очень стабильны в растворе и могут в таком виде существовать сколь угодно долго, не распадаясь на исходные пептидные молекулы. Они еще и не слипаются между собой, обладая таким образом большой эффективной поверхностью для связывания вирусных частиц и клеток.

«Не факт, что мы смогли бы говорить о перспективах для клинической практики, будь фибриллы неустойчивы», — считает Шайтан.

Примечательно, что методы компьютерного моделирования, примененные для решения задачи с фибриллами, вначале предназначались для других целей. «По удачному совпадению опыт в изучении самосборки полипептидов в волокна у нас был как раз недавно наработан в проекте по моделированию прочных потенциально электропроводящих волокон на основе блок-сополимеров полипептид-политиофен (соответствующая статья была опубликована в 2011 году в журнале ACSNano). Мы смогли сразу же использовать эти наработки в новой задаче», — отмечает Хохлов.


Источник: Газета.ру




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Полимерный крокодил Гена
Полимерный крокодил Гена

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.