Российская компания Visual Science, занимающаяся научной визуализацией, создала детальную 3D-модель коронавируса SARS-CoV-2. Заведующая лабораторией структурной биоинформатики и молекулярного моделирования НГУ Анастасия Бакулина приняла участие в построение комплекса белка N c РНК. В общей сложности работа над визуализацией заняла почти три месяца.
К каждому вирусу компания Visual Science подходит очень серьезно. Вначале собирается информация из научных публикаций, если находятся какие-то неясности или противоречия — связываются с авторами статей. Надо понять, какие виды белков входят в состав вируса, как упакован генетический материал, если вокруг есть мембрана — какая она. Нередко бывает, что у вируса внутри или в мембране есть какие-то белки клетки-хозяева. Кроме того, важно, какая у вируса форма: большинство вирусов сферические, но иногда они немного вытянутые, а вирус лихорадки Эбола вообще похож на змею.
Затем проводится поиск структур отдельных белков и комплексов белков в составе вируса. Часто бывает, что некоторые компоненты уже содержатся в базе данных белковых структур. Но использовать их надо с осторожностью, у них может не хватать каких-то частей, или они могут быть в неправильной форме, или располагаться друг относительно друга не так, как в природе — все это надо выяснить из публикаций. Для тех белков, у которых структуры нет или она неполная, надо построить модели. Затем все отдельные части вируса надо собрать. Для этого используются примерно такие же программы, как и для 3D-мультипликации, плюс у Visual Science есть собственные разработки. Когда готова пространственная модель вируса, её уже можно превратить в изображение с любого ракурса и любого размера, можно сделать разрезы, чтобы было видно внутренние части, можно раскрашивать в разные цвета — это уже работа дизайнера. Вирус SARS-Cov-2 имеет весьма внушительный геном среди РНК-содержащих вирусов, который кодирует много белков, но в состав вириона (то есть вирусной частицы, существующей вне клетки) входят в основном четыре белка. Из поверхности торчит только один белок, который называется S или spike. Именно на его основе сейчас разрабатывается большинство вакцин, в том числе в ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор».
— В нашей лаборатории в НГУ мы пока только делаем первые шаги в моделировании больших биомолекулярных комплексов с помощью программы Blender и за вирусы целиком ещё ни разу не брались, — рассказала заведующая лабораторией структурной биоинформатики и молекулярного моделирования НГУ Анастасия Бакулина. — Я в этом проекте занималась главным образом построением комплекса белка N с вирусной РНК, на это ушло больше всего моего времени. Кроме меня, моделированием белков занимались ещё два специалиста. Тот вариант модели, который я предложила, в результате отвергли. Он был вполне правдоподобным, но оказалось, что в этом случае белки бы просто не поместились внутрь вирусной оболочки, поэтому выбрали другую модель. Собственно, это одна из причин, зачем надо строить такие точные модели белков, вместо того чтобы просто нарисовать симпатичную картинку — в процессе можно лучше понять, как всё устроено.
По словам Анастасии Бакулиной, сейчас построенные модели вирусов используют в основном в иллюстративных целях.
—
Это важнее, чем может показаться на первый взгляд. Детальные модели помогают учёным лучше понимать, как устроена природа. Лучше, когда вирус можно представить во всех подробностях, а не просто в виде смутного пятна под электронным микроскопом. С запуском СКИФа появится ещё одна задача — там предполагается изучать в том числе целые вирионы, и необходимо иметь модели вирусов вместе с их внутренностями, чтобы моделировать на них рассеяние синхротронного излучения и сравнивать с экспериментом, — добавила Анастасия Бакулина.
