Изучение процесса взаимодействия СOVID-19 с клеточной мембраной на основе синергетического подхода

Актуальность. Как известно [1] действие вируса SARS-CoV-2 вызывает повышение проницаемости клеточных мембран. С целью ослабления такого воздействия вируса необходимо знать механизм взаимодействия его с липидным бислоем клеточной мембраны. Поскольку основными клетками-мишенями для коронавирусов являются клетки альвеолярного эпителия, необходимо исследовать процессы нарушения окисления липидов под воздействием вируса. В процессе проникновения вируса в цитоплазму происходит окислительный “стресс,” сопровождающего образованием шиффовых оснований и разрушения поверхностно активного вещества – сурфактанта. В условиях гипоксии развивается ацидоз и происходит восстановление шиффовых оснований [2,3]. Дефицит сурфактанта приводит к возрастанию коэффициента поверхностного натяжения плевры легких [4].

Методика исследования. Рассмотрим процессы проникновения и экзоцитоза вируса через мембрану клетки (Рис.1).

Рис.1. Схема взаимодействия вируса с клеткой: 1-тримерная оболочка; 2-РНК; 3-клетка; 4-экзоцитоз.

D

2        Взаимодействие вируса с клеточной мембраной происходит в среде:  межклеточная жидкость - интерстициальная жидкость. Упругость насыщенного пара жидкости зависит от кривизны поверхности и определяется по формуле: 2α⋅δ

Δ P = ±        где α -коэффициент поверхностного натяжения, δ -

r⋅ρ

плотность пара жидкости, ρ - плотность жидкости, r - радиус кривизны поверхности.

Знак определяет: + выпуклая поверхность, - вогнутая поверхность. Поэтому при экзоцитозе (Рис.1;4) вирус сильнее притягивается к вогнутой поверхности клетки, по сравнению с силой его притяжения к поверхности клетки снаружи (Рис.1;1). Поскольку сурфактант уменьшает коэффициент поверхностного натяжения, данный эффект усиливается при его разрушении под действием вируса. Однако SARS-CoV-2 имеет по сравнению с другими известными вирусами более больший размер, что может компенсировать данный эффект усиления. Возможно, разрушения сурфактанта имеет локальный характер. Тогда изменение давления насыщенного пара вокруг вируса увеличивается и достигает Δ P = 0.012 атм при r = 100 нм .

Результаты исследования. Для проверки данной гипотезы, нами проведено синергетическое моделирование процесса самоорганизации формы клеточной мембраны от распределения сурфактанта на поверхности мембраны. Найдено, критическое значение коэффициента поверхностного натяжения, при котором происходит переход от вогнутой к выпуклой форме поверхности. Переход осуществляется в виде фазового перехода второго рода. Место контакта вируса влияет на перестройку формы поверхности клеточной мембраны как низкосимметричное возмущение.

Выводы. Для экспериментальной проверки данных теоретических представлений, нужно обратить на следующие следствия, возникающие под воздействием вируса:

• 1.    Высокое содержание метаболитов распада сурфактанта и шиффовых оснований в

• 2.    Превалирование низкоразмерных структур на поверхности паренхиматозных органов.

биологических жидкостях.

В заключении отметим, что исследование особенностей взаимодействия вируса с клеточной мембраной имеет важное медицинское значение. Тримерная оболочка вируса обладает свойством локализации сурфактанта при контакте с поверхностью мембраны.