Сотрудники «Пущинского центра биологических исследований Российской академии наук» много лет участвуют в различных образовательных проектах для школьников. Это и Зимняя Пущинская школа (ЗПШ), и программы на базе Межфакультетского научно-образовательного центра МГУ, и руководство индивидуальными исследовательскими работами школьников.
На днях стало известно, что ученица 11 Б класса школы 2065 г. Москвы Екатерина Андреевна Артамонова, выполнявшая проект «Поиск ингибиторов РНК-полимеразы метапневмовируса методом молекулярного докинга» под руководством сотрудника ФИЦ ПНЦБИ РАН Азата Вадимовича Абдуллатыпова, была удостоена звания победителя по направлению «Генетика, персонализированная и прогностическая медицина». Региональный этап Всероссийского конкурса проектов «Большие вызовы» прошёл 27 марта. По данному направлению заявки подавали 27 участников, четверо из которых были признаны победителями.
О проекте Екатерины Артамоновой рассказал научный руководитель, научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН, входящего в состав ФИЦ ПНЦБИ РАН, Азат Вадимович Абдуллатыпов:
– Мы с учениками школы 2065 занимаемся с сентября прошлого года, и сейчас я веду два проекта. В обоих используется метод молекулярного докинга. Это метод оценки возможности связывания низкомолекулярных веществ с белками in silico, который применяется при разработке лекарств. При том, что главным недостатком докинга является огромное количество ложноположительных результатов, его простота и низкая затратность позволяют исследовать достаточно большие выборки органических соединений. Именно поэтому этот метод применим для первичного отбора (скрининга) веществ, которые далее можно проверять либо более сложными расчётами, либо сразу экспериментально. В среднем из сотни веществ, показавших свою перспективность при докинге, от силы три проявляют эффективность в доклинических испытаниях.
– Целью нашей с Екатериной Андреевной работы было найти потенциальные ингибиторы ключевого фермента метапневмовируса человека, РНК-зависимой РНК-полимеразы. Метапневмовирус – это основная причина детской простуды, он вызывает до 40% случаев простуды у детей дошкольного возраста. Тяжёлые осложнения даёт редко, поэтому и внимание ему раньше не уделяли – выделили и охарактеризовали метапневмовирус только в 2001 году. Однако большие числа есть большие числа, и если заражаются сотни миллионов, то осложнения на лёгкие вирус может давать сотням тысяч. Если против него и искать специфичные средства, то нужно это делать среди малотоксичных соединений, чтобы побочные эффекты не были хуже возможных осложнений. Поэтому мы их искали среди растений, – пояснил Азат Вадимович.
В свою очередь, при поиске противовирусных препаратов в качестве основной мишени рассматриваются ферменты матричного синтеза – ДНК- и РНК- зависимые полимеразы, поскольку именно они обеспечивают воспроизведение вирусных частиц и экспрессию важных для размножения вирусов генов.
Сначала исследователи хотели проанализировать все активные компоненты лекарственных растений Московской области из семейства Розовые (ранее Розоцветные). Но после того, как провели докинг фенольных соединений из гравилата речного, обратили внимание на эллаговую кислоту. Это соединение связывается c со своей мишенью, РНК-полимеразой, с энергией -8.2 ккал/моль. Когда провели докинг субстратов, обнаружили, что субстрат, ГТФ, связывается с энергией -9.1 – -8.8 ккал/моль.
Азат Вадимович отмечает, что связывание ингибитора должно быть сильнее, чем связывание субстрата, т.е. в данном случае энергия связывания «хорошего» ингибитора должна быть менее -10 ккал/моль. Тогда он будет в состоянии вытеснить субстрат из активного центра и там закрепиться, не давая ферменту осуществлять свою функцию.
– Дальше в дело вступила научная интуиция. Мы решили проверить другие производные эллаговой кислоты, которых в базе PubChem аннотировано больше десятка, в основном это гликозиды. Поскольку у гликозидов есть остаток сахара, то они могут связываться и за счёт остатка эллаговой кислоты, и за счёт водородных связей сахарной группы. А значит, потенциально какие-то из них могут связываться сильнее, чем сама эллаговая кислота, – рассказал Азат Абуллатыпов.
Не подвела научная смекалка! Среди 14 проверенных соединений 5 показали энергию связывания менее -10 ккал/моль в двух повторностях докинга (на разные цепи белка из кристалла). Эти гликозиды эллаговой кислоты содержатся в растениях родов Гравилат, Лапчатка, Таволга, Малина.
– Гликозидная связь достаточно нестойкая, и возможно, что ингаляции гликозидов эллаговой кислоты и содержащих их растительных экстрактов с паром будут эффективнее, чем их пероральное употребление. Но говорить об этом рано, логичным продолжением будет экспериментальная проверка ингибирования РНК-зависимой РНК-полимеразы «в пробирке». Пока же уже по полученным результатам можно опубликовать статью, которая сможет помочь мне при поступлении в вуз, – поделилась результатами и перспективами работы победительница конкурса Екатерина Артамонова.
Так руководство научными работами школьников может дать начало серьезному исследованию на стыке фундаментальных и прикладных проблем.
Рисунок авторов работы: Связывание гликозида эллаговой кислоты (сплошные сферы) с активным центром РНК-полимеразы вируса в месте связывания ГТФ (шаростержневая модель).
Фото из архива Азата Абдуллатыпова и Екатерины Артамоновой.
Ссылка на сайт института: http://www.ibbp.psn.ru
