Перехитрим Эболу вместе

Вирус Эбола, являющийся причиной усугубляющейся гуманитарной катастрофы в Африке и угрожающий распространением по территориям других стран, в настоящее время не имеет эффективных средств для лечения и профилактики.

Вирус Эбола у человека и животных

Впервые идентифицированный в 1976 году вирус Эбола по структуре близок к марбургскому, суданскому и рестонскому вирусам, а также другим представителям семейства филовирусов. Только в 2014 году один из штаммов Эболы вызвал серьезную эпидемию на территории Западной Африки, другой штамм стал причиной менее масштабной вспышки заболеваемости в Демократической Республике Конго, а марбургский вирус унес немало жизней в Уганде. В течение последних лет суданский вирус вызвал множество вспышек заболеваемости в Центральной Африке, а вирус Рестон был выявлен в Китае и Филиппинах на многих фермах, занимающихся выращиванием свиней для производства продуктов питания. Считается, что природным резервуаром вируса Эбола являются плотоядные летучие мыши – крыланы; зараженные в результате их укуса животные также могут быть переносчиками инфекции. Вирус мог проникнуть на территорию Западной Африки около 10 лет назад в результате миграции летучих мышей или других животных, а в декабре 2013 года он попал в человеческую популяцию, положив начало продолжающейся до настоящего времени эпидемии. 

В начале ноября 2014 года общее количество только зафиксированных случаев инфицирования лихорадкой Эбола в Гвинее, Либерии и Сьерра-Леоне приблизилось к 18 000, погибло по крайней мере 5 000 человек.

Здесь данные о числе заболевших и умерших от лихорадки Эбола в 2014 г. устарели на несколько месяцев – ВМ.

Симптомы лихорадки Эбола

Частица вируса Эбола, имеющая форму длинного гибкого волокна, прикрепляется к поверхности клетки и проникает во внутриклеточное пространство, где она быстро реплицируется, высвобождая огромное количество новых копий вируса из клетки. Вирус поражает несколько типов клеток, в том числе важные клетки иммунной системы, циркулирующие в кровеносной системе и разносящие вирус по организму. Вызываемые вирусом повреждения включают неадекватное тромбообразование, выпотевание жидкости из кровеносных сосудов в ткани, воспаление, развитие органной недостаточности и шок. Инкубационный период от момента инфицирования и до появления первых симптомов продолжается от 2 дней до трех недель. Первые симптомы могут быть аналогичны симптомам гриппа или распространенных тропических заболеваний, после чего развивается сильная лихорадка, рвота, диарея, дегидратация и другие опасные для жизни проявления. В зависимости от штамма и интенсивности и адекватности терапии заболевание приводить к гибели пациентов в 25-90% случаев.

Контактирование с биологическими жидкостями инфицированного человека или телом умершего от заболевания может приводить к заражению. Учитывая вариабельность инкубационного периода и безобидность первых симптомов, для подавления вспышки заболеваемости исключительно важной задачей является отслеживание и изоляция всех людей, потенциально контактировавших с инфицированными.

Влияние вируса Эбола на население

Вирус Эбола потенциально является очень серьезной угрозой не только из-за тяжести заболевания, но и из-за страха, вселяемого им в людей. При отсутствии надлежащим образом организованной борьбы со вспышкой заболевания она может перерасти в эпидемию и затруднить оказание медицинской помощи в регионе, что ухудшит качество лечения других заболеваний и оказание медицинской помощи беременным женщинам. При этом страдает промышленность и торговля и, соответственно, ухудшается благосостояния и состояние экономики региона в целом. Такая ситуация уже наблюдается в некоторых странах Западной Африки, в особенности в Либерии и Сьерра-Леоне. Из-за продолжительного инкубационного периода и характерных для современного мира тесных взаимосвязей между отдаленными странами вирус Эбола может без труда распространиться в другие географические регионы. Поэтому уход за потенциальными пациентами требует соблюдения строжайших мер предосторожности, а также поиска людей, которые могли вступать с ними в контакт.

Поиск эффективного метода лечения

Учитывая уровень смертности, масштабы вспышки 2014 года и возможность проникновения вируса Эбола на другие территории, поиск эффективного противовирусного препарата для его лечения в настоящее время является очень актуальной задачей. Несколько экспериментальных препаратов подают надежды и в настоящее время проходят срочные клинические исследования. Однако исследователи делают все возможное, чтобы найти однозначно эффективное средство, и работы в этом направлении еще очень много.

Предлагаемое решение

В рамках проекта «Перехитрим Эболу вместе» (Outsmart Ebola Together) исследователи Ollmann Saphire Laboratory из исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, используют платформу распределенных вычислений World Community Grid для поиска препаратов для лечения пациентов, инфицированных вирусом Эбола. Эффективные против этой болезни препараты потенциально можно будет использовать для терапии родственных заболеваний, вызываемых возбудителями семейства филовирусов, в том числе марбургским, суданским и рестонским вирусами.

Вычислительные мощности, предоставляемые волонтерами World Community Grid, используются для скрининга миллионов соединений с целью выявления молекул, способных обезоруживать вирус Эбола. Проведение виртуального скрининга заменяет многие годы лабораторных исследований.

Скрининг потенциальных терапевтических молекул

Используемые для проведения этого скрининга программы AutoDock и AutoDock VINA разработаны лабораторией Артура Ольсона (Arthur J. Olson) из исследовательского института Скриппса, которая также выступала в качестве партнера World Community Grid при проведении двух других проектов: FightAIDS@Home и GO Fight Against Malaria.

Подробно о том, что такое РВ, см. в статье «Распределенные вычисления: волонтеры на службе науки»; в конце ее описано, как за 5 минут присоединиться к миллионам добровольцев во всём мире, участвующих в десятках проектов.

В программу вводится информация об атомной структуре частицы вируса Эбола и структурах миллионов потенциальных терапевтических молекул – лигандов (веществ, способных связываться с целевой молекулой, в большинстве случаев изменяя ее свойства). Мишень и лиганды сопоставляются друг с другом во всех измерениях, после чего программное обеспечение оценивает потенциальную прочность формирующихся между ними связей. Этот процесс представляет собой виртуальную симуляцию происходящего в лабораторной пробирке. Он обеспечивает значительную экономию времени и средств, так как для лабораторного тестирования необходимо приобретать или синтезировать потенциальные терапевтические молекулы.

Молекулярные мишени вируса Эбола

Данный проект проводится с поддержкой лаборатории Оллманна Сапфира, предоставившей уникальные данные о структурной биологии вируса Эбола, в том числе практически всех критичных белков-мишеней вирусной частицы. Полученные исследователями молекулярные изображения вируса демонстрируют его уязвимые места, а также регионы, воздействие на которые может блокировать ключевые стадии жизненного цикла вируса. Лаборатория также располагает инструментами и навыками для проведения биологической оценки любого потенциально эффективного соединения на каждой из стадий жизненного цикла вируса.

Первой мишенью будет поверхностный белок оболочки вируса, обеспечивающий инфицирование клеток человека. Недавно полученные лабораторией результаты свидетельствуют о том, что родственные Эболе вирусы используют для инфицирования клеток человека молекулярные структуры аналогичной формы. На основании связывающихся в этой структурой соединений можно разработать препараты против любого возбудителя семейства филовирусов.

Второй мишенью будут недавно идентифицированные «белки-трансформеры» вируса Эбола, изменяющие свою форму в зависимости от выполняемых функций.

Разработка препарата для лечения вируса Эбола

После того, как наиболее перспективные соединения будут отобраны с помощью виртуального скрининга, организованного платформой World Community Grid, они пройдут лабораторную проверку эффективности против реальной вирусной инфекции. Наиболее многообещающие из них будут модифицированы для достижения максимальной эффективности при малых дозировках и снижения риска развития нежелательных побочных эффектов. Последующее проведение клинических исследований может привести к появлению эффективных препаратов, получивших официальное одобрение на использование в терапии вируса Эбола.

Цели проекта «Перехитрим Эболу вместе»:

• Провести скрининг миллионов соединений из множества лабораторных баз данных в поиске молекул, специфичных к критичным белкам-мишеням частицы вируса Эбола.
• Идентифицировать наиболее перспективные молекулы-кандидаты и провести дальнейший лабораторный анализ с целью выявления соединений, обладающих максимальной эффективностью.
• Предоставить результаты другим исследователям по всему миру, работающим над созданием средств борьбы с вирусом Эбола.

Как поддержать проект

Любой желающий может помочь исследователям в поиске средства для лечения смертельно опасного вируса:

• предоставить незадействованные вычислительные мощности своего компьютера (на работе ваших программ это абсолютно не отразится),
• привлечь других людей к участию в проекте,
• принять участие в проводимой исследовательским институтом Скриппса краудфандинговой компании, в рамках которой собираются дополнительные средства, необходимые для анализа огромного количества данных, получаемых в рамках проекта.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам World Community Grid: Let's outsmart Ebola together.

08.12.2014