Убийственный свет. Найден новый способ борьбы с возбудителем COVID-19

Москва, 25 ноя — РИА Новости, Алексей Огнев. В мире активно развивается одно из высокотехнологичных направлений борьбы с инфекциями и раком — с помощью чувствительных к свету веществ, или фотосенсибилизаторов. На днях об успешных экспериментах в этой области сообщили российские ученые, придумавшие, как обезвредить коронавирус SARS-CoV-2 в окружающей среде.

Кислород-убийца

Раковые клетки, а также вредоносные бактерии и вирусы истребляют синглетным кислородом — молекулами в особом состоянии, легко повреждающими белки, нуклеиновые кислоты и ненасыщенные жирные в липидах. В частности, они пробивают поры в плазматической мембране бактерий.

Синглетный кислород порождают фотосенсибилизаторы. Наиболее эффективны те, что поглощают излучение в красной области спектра. Особенно в диапазоне 685-690 нанометров — на границе с инфракрасной зоной. Такой свет отличается высокой проникающей способностью. Его легко получить посредством лазеров, светодиодов или галогеновой лампы. Иногда годятся и солнечные лучи.

Фотосенсибилизатор поглощает квант света, переходит в возбужденное состояние и передает полученную энергию молекулам кислорода, которые из триплетных превращаются в синглетные. Это работает в разных средах, ведь газ растворен в тканях организма, содержится в воздухе и в воде.

На этом основан один из наиболее перспективных методов лечения рака — фотодинамическая терапия (ФДТ). Молекулы фотосенсибилизатора вводят в организм, они проникают в злокачественные клетки, затем опухолевую ткань облучают лазером. Синглетный кислород запускает апоптоз — самоубийство клетки. Фотосенсибилизатор в митохондриях разрушает структуры органеллы, а в ядре — повреждает ДНК. Кроме того, разрушение мембраны клетки вызывает некроз.

Для ФДТ применяют десятки фотосенсибилизаторов. Самые многообещающие — те, что можно адресно направить в злокачественные клетки. Их пока еще только разрабатывают.

Кроме того, фотосенсибилизаторы широко используются службами переливания крови для обеззараживания донорской плазмы, в стоматологии — для дезинфекции зубных каналов, а также при лечении гнойных ран и ожогов, инфекций кожи и слизистых.

Фотосенсибилизатор, убийственный для микробов и вирусов, безопасен для организма. Дело в том, что чувствительность клеток животных, включая человека, к этим веществам на два порядка ниже, чем у микроорганизмов. Поверхность бактерий заряжена отрицательно и электростатически притягивает катионные соединения, в том числе фотосенсибилизаторы. У вирусов также есть отрицательно заряженные области.

Облысевший вирус

Российские ученые давно занимаются фотодинамической инактивацией патогенов, в частности вируса птичьего гриппа и ключевых больничных штаммов бактерий, устойчивых к антибиотикам: псевдомонад, клебсиелл, ацинетобактеров.

Логично было попробовать этот метод и против коронавируса. В итоге сотрудники кафедры биофизики МГУ вместе с коллегами из ФИЦ фундаментальной и трансляционной медицины (Новосибирск) и Федерального научно-клинического центра ФМБА (Москва) совершили настоящее открытие.

С помощью молекулярного моделирования исследователи сравнили способность разных катионных фотосенсибилизаторов связываться со спайковыми белками SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2. Выяснилось, что оптимальный вариант — октакис(холинил)фталоцианин цинка.

© Владимир Фёдоров, МГУ [Адаптировано из публикации в журнале Viruses]

Точки связывания фотосенсибилизатора с S-белком коронавируса SARS-CoV-2

"Мы уже видели, как в результате фотодинамического обеззараживания "лысеет" вирус птичьего гриппа: у него отваливаются шипы, — рассказывает Марина Страховская, ведущий научный сотрудник кафедры биофизики МГУ. — Задача была в том, чтобы найти мишень на поверхности коронавируса, за которую может зацепиться фотосенсибилизатор. Допустим, мы хотим поразить мишень из лука, но стрелы пролетают максимум пять метров, а мишень расположена в десяти метрах от нас. Синглетный кислород — такая стрела. У него ограниченный пробег в водной среде — он очень быстро дезактивируется молекулами воды. Поэтому нужно, чтобы вещество, генерирующее синглетный кислород, находилось недалеко от мишени. Мы обнаружили, что на сочленении ножки и головки шипа коронавируса сосредоточены аминокислоты с отрицательным зарядом. К ним и прилипают положительно заряженные молекулы фотосенсибилизатора. Синглетный кислород не только разрушает спайковый белок, но и успевает добежать до мембраны вируса и повредить ее".

© Пресс-служба биологического факультета МГУ

Сотрудники кафедры биофизики биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, принимавшие участие в работе (слева направо): д.б.н., в.н.с. М. Г. Страховская, д.ф.-м.н., в.н.с. И. Б. Коваленко, чл.-корр. РАН, зав. кафедрой биофизики А. Б. Рубин, м.н.с. Е. Г. Холина, к.б.н., с.н.с. С. С. Хрущев, к.ф.-м.н., н.с. В. А. Федоров

Ученые провели серию экспериментов в водной среде, где содержалось 100 тысяч вирионов на миллилитр. В суспензию добавляли фотосенсибилизатор, освещали красными светодиодами и добились того, что вирусные частицы полностью потеряли способность заражать животные клетки и размножаться. Светили с интенсивностью 10–15 милливат на квадратный сантиметр, концентрация фотосенсибилизатора в воде — всего один-пять микромолей на литр. Это очень мало и совсем не опасно для человека.

Ученые сообщили об этом открытии в журнале Viruses. Пока все на стадии лабораторных экспериментов, однако перспективы очень заманчивые. Можно стерилизовать медицинские инструменты и приборы, обеззараживать водоемы или использовать в рециркуляторах воздуха — это, безусловно, поможет в борьбе с пандемией.