Фундаментальные, клинические и эпидемиологические аспекты инфекционных процессов - 2023

УДК 616.9(082)
ББК 55.14я43
        Ф94
Фундаментальные, клинические и эпидемиологические аспекты инФ94
фекционных процессов – 2023 : сб. науч. материалов по итогам заседаний 
Респ. межведомств. рабочей группы по преодолению инфекционных угроз / 
Нац. акад. наук Беларуси, Отд-ние мед. наук ; под общ. ред. В. Г
. Гусакова. – 
Минск : Беларуская навука, 2024. – 228 с.
ISBN 978-985-08-3138-5.
В сборнике представлены материалы, касающиеся фундаментальных, клинических и эпидемиологических аспектов противостояния инфекционным болезням, а также новых подходов к их лечению. 
Издание предназначено для научных работников, медицинского персонала, преподавателей, аспирантов и студентов медицинских вузов.
УДК 616.9(082)
ББК 55.14я43 
ISBN 978-985-08-3138-5
© Отделение медицинских наук 
 Национальной академии наук Беларуси, 2024 
© Оформление. РУП «Издательский дом 
 «Беларуская навука», 2024

В. Г. Гусаков
Председатель Президиума НАН Беларуси, 
академик, доктор экономических наук, профессор, 
заслуженный деятель науки Республики Беларусь
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 
НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ 
ПО ПРЕОДОЛЕНИЮ ИНФЕКЦИОННЫХ УГРОЗ
Всемирная организация здравоохранения выделяет инфекционные заболевания как одну из серьезных глобальных угроз человечеству с учетом того, 
что в мире среди причин смертности населения они составляют 25 %. Это обусловлено изменениями социально-экономических условий жизни человека, 
процессами глобализации и  урбанизации, ростом мобильности населения 
и его активной миграцией, загрязнением атмосферного воздуха, воды и почвы. На современном этапе достигнуто существенное снижение уровня заболеваемости и  смертности от  инфекций, однако они продолжают причинять 
большой ущерб здоровью людей.
Инфекционные болезни влияют на развитие мировой экономики. По данным Федеральной службы по  надзору в  сфере защиты прав потребителей 
и  благополучия человека Российской Федерации за  2021  г., экономический 
ущерб только от 32 инфекционных болезней составил около 813,9 млрд рублей. При этом среди острых и впервые выявленных инфекционных заболеваний наибольшую экономическую значимость представляли острые инфекции 
верхних дыхательных путей множественной и неуточненной локализации.
Крупные вспышки и эпидемии инфекционных заболеваний требуют большого объема необходимых лечебно-диагностических и  противоэпидемических мероприятий. Объединение страновых усилий по вопросам противодействия инфекциям, дальнейшее развитие вакцинопрофилактики, обмен опытом оказания медицинской помощи, всесторонняя борьба с  микробной 
резистентностью и внедрение новых технологий лечения позволят добиться 
успеха в борьбе с инфекционными болезнями.
Отечественный опыт преодоления и  минимизации последствий коронавирусной пандемии является основой для формирования национальной стратегии по  сохранению здоровья людей при возникновении риска массового 
распространения инфекционных заболеваний.
Одна из основных задач Национальной академии наук Беларуси – ​
проведение фундаментальных и прикладных научных исследований по важнейшим 
направлениям естественных наук с оперативным внедрением социально зна3

чимых разработок, включая новые отечественные технологии в фармацевтическом и биотехнологическом производстве, здравоохранении и иных секторах экономики. С первых дней коронавирусной пандемии ученые академических организаций активно участвовали в решении проблемы и организовали 
мероприятия, направленные на изучение и предупреждение инфекции. Разработаны экспресс-тесты на COVID‑19 и диагностическая тест-система для обнаружения антигена вируса SARS-CоV‑2 и вируса гриппа А и В, налажено их 
производство и реализация, включая экспорт продукции в Россию, Казахстан, 
Узбекистан.
По распоряжению Президента Республики Беларусь А. Г
. Лукашенко с 2021 г. 

научные организации НАН Беларуси в сотрудничестве с учреждениями Министерства здравоохранения выполняют исследования по созданию отечественной 
вакцины против инфекции, вызванной коронавирусом SARS-CoV‑2. Комплекс 
программных средств Единой автоматизированной информационной системы 
учета лиц, вакцинированных против COVID‑19, разработан академическими 
специалистами и внедрен с июля 2022 г. В НАН Беларуси организован Центр экспериментальной и прикладной вирусологии, деятельность которого направлена 
на разработку методов диагностики, лечения и создание в кратчайшие сроки различных вакцин с учетом отечественного и мирового опыта усилиями междисциплинарного коллектива академических ученых.
Опыт работы НАН Беларуси по оперативному формированию Республиканской межведомственной рабочей группы по  преодолению COVID‑19 как 
единой интеграционной платформы академических ученых, преподавателей 
и работников практического здравоохранения активно используется для решения острых проблем, связанных с современными инфекционными угрозами. 
Деятельность данного объединенного ресурса способствует активизации прогрессивного развития фундаментальных исследований с  ориентацией на  создание прикладных технологий, изделий и интеллектуальных продуктов медицинского назначения, консолидации отечественного потенциала медицинской науки с  целью формирования условий для успешного межотраслевого 
сотрудничества, развития высокотехнологичных медицинских научно-производственных направлений, укрепления здоровья нации и экономического роста.
Отечественная система мероприятий по борьбе с биологическими угрозами инфекционного характера постоянно совершенствуется. В  целях межведомственного взаимодействия по предотвращению и противодействию биологическим угрозам Постановлением Бюро Президиума Национальной академии наук Беларуси от 11 октября 2023 г. № 429 утверждена Республиканская 
межведомственная рабочая группа по  биобезопасности. Основные задачи 
группы включают организацию межотраслевого и междисциплинарного взаимодействия научных учреждений и профильных организаций по обмену информацией о результатах исследований и разработках, направленных на изучение, предотвращение и противодействие биологическим угрозам, включая 
4

вопросы биобезопасности человека, животных, растений, контроля проникновения и распространения чужеродных инвазивных видов организмов, осуществление мониторинга в сфере генно-инженерной деятельности и сохранения биоразнообразия.
Учитывая актуальность, новизну и большой интерес специалистов к организации мероприятий по  биобезопасности и  минимизации инфекционных 
угроз, подготовлен к изданию сборник научных материалов заседаний Республиканской межведомственной рабочей группы «Фундаментальные, клинические и эпидемиологические аспекты инфекционных процессов – ​
2023».
Объединенный ресурс научных результатов исследований отечественных 
ученых различных специальностей по проблеме предупреждения распространения инфекций, минимизации рисков и тяжелых последствий заболеваний 
будет способствовать эффективному преодолению биологических угроз, сохранению здоровья населения страны.

УДК 004.94+547.7+616-006+616-085
А. М. Андрианов1,a, К. В. Фурс2,b, А. В. Гончар2,c, Е. М. Скрягина3,d,
А. В. Тузиков2,e
1Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси, 
г. Минск, Республика Беларусь
2Объединенный институт проблем информатики 
Национальной академии наук Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь
3Республиканский научно-практический центр пульмонологии и фтизиатрии, 
г. Минск, Республика Беларусь
e-mail: aalexande.andriano@yandex.ru, bky6ujlo@gmail.com, craphaelkyzy@gmail.com, 
dalena.skrahina@gmail.com, etuzikov@newman.bas-net.by 
ПРИМЕНЕНИЕ СТРАТЕГИИ ПЕРЕПРОФИЛИРОВАНИЯ 
ЛЕКАРСТВ ДЛЯ ВИРТУАЛЬНОГО СКРИНИНГА 
ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ИНГИБИТОРОВ 
БЕТА-КЕТОАЦИЛ-(АЦИЛ-БЕЛОК-НОСИТЕЛЬ) СИНТАЗЫ I
МИКОБАКТЕРИЙ ТУБЕРКУЛЕЗА МЕТОДАМИ 
МОЛЕКУЛЯРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Аннотация. Проведен виртуальный скрининг 28 860 биоактивных соединений, направленный на идентификацию новых потенциальных ингибиторов β-кетоацил-(ацил-белок-носитель) синтазы I (KasA) – одного из ключевых ферментов, участвующих в биосинтезе миколовых кислот клеточной стенки микобактерий туберкулеза. Виртуальный скрининг включал 
высокопроизводительный докинг белка C171Q KasA с соединениями из библиотеки биоактивных соединений, содержащей одобренные Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США лекарства и препараты-кандидаты, находящиеся на 
разных стадиях биомедицинских исследований; оценку сродства этих соединений к активному центру фермента; молекулярную динамику комплексов лиганд/C171Q KasA с последующими расчетами свободной энергии их образования. В ходе анализа полученных результатов 
идентифицированы 6 соединений, проявляющих высокое сродство к малонил-связывающему 
сайту фермента, о чем свидетельствуют более низкие значения свободной энергии связывания 
по сравнению с известным ингибитором KasA TLM5, использованным в расчетах в качестве 
положительного контроля. Предполагается, что идентифицированные соединения формируют перспективные базовые структуры для разработки новых эффективных ингибиторов, обладающих высокой нейтрализующей активностью против фермента KasA микобактерий туберкулеза. 
Ключевые слова: микобактерия туберкулеза, лекарственно-устойчивый туберкулез, 
β-кетоацил-(ацил-белок-носитель) синтаза I (KasA), перепрофилирование лекарств, молекулярный докинг, молекулярная динамика, расчет свободной энергии связывания, противотуберкулезные препараты.
6

А. M. Andrianov1,a, K. V. Furs2,b, A. V. Gonchar2,c, A. M. Skrahina3,d, 
A. V. Tuzikov2,e
1Institute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus, 
Minsk, Republic of Belarus
2United Institute of Informatics Problems of the National Academy of Sciences of Belarus,
Minsk, Republic of Belarus
3Republican Scientific and Practical Center of Pulmonology and Phthisiology, 
Minsk, Republic of Belarus
e-mail: aalexande.andriano@yandex.ru, bky6ujlo@gmail.com, craphaelkyzy@gmail.com, 
dalena.skrahina@gmail.com, etuzikov@newman.bas-net.by 
APPLICATION OF A DRUG REPURPOSING STRATEGY FOR VIRTUAL 
SCREENING OF POTENTIAL INHIBITORS OF BETA-KETOACYL-ACP 
SYNTHASE I OF MYCOBACTERIA TUBERCULOSIS BY MOLECULAR 
MODELING METHODS
Abstract. 28 860 compounds from the library of bioactive molecules were screened to identify 
novel potential inhibitors of β-ketoacyl-acyl carrier protein synthase I (KasA), one of the key enzymes 
involved in the biosynthesis of mycolic acids of the Mtb cell wall. In doing so, we used a structurebased virtual screening approach to drug repurposing that included high-throughput docking of the 
C171Q KasA enzyme with compounds from the library of bioactive molecules including the FDAapproved drugs and investigational drug candidates, assessment of the binding affinity for the docked 
ligand/C171Q KasA complexes, and molecular dynamics simulations followed by binding free energy 
calculations. As a result, post-modeling analysis revealed 6 top-ranking compounds exhibiting 
a strong attachment to the malonyl binding site of the enzyme, as evidenced by the values of binding 
free energy which are significantly lower than those predicted for the KasA inhibitor TLM5 used in 
the calculations as a positive control. In light of the data obtained, the identified compounds are 
suggested to form a good basis for the development of new antitubercular molecules of clinical 
significance with activity against the KasA enzyme of Mtb. This study was supported by the 
Consortium and the Drug Resistant Tuberculosis Portal Program (https://tbportals.niaid.nih.gov) [36].
Keywords: mycobacterium tuberculosis, drug-resistant tuberculosis, β-ketoacyl-acyl carrier 
protein synthase I (KasA), drug repurposing, molecular docking, molecular dynamics, binding free 
energy calculations, antitubercular agents.
Введение. В октябре 2018 г. Организация Объединенных Наций провела беспрецедентное совещание высокого уровня с целью привлечь внимание 
к эпидемии туберкулеза (ТБ) и разработать стратегию, направленную на ликвидацию ТБ к 2030 г. (A/RES/73/3. 2018; https://www.stoptb.org/sites/default/files/
UN%2520Declaration%2520on%2520TB.pdf). Однако пандемия COVID-19 существенно снизила прогресс, достигнутый в борьбе с ТБ во всем мире, а уровень смертности от этого инфекционного заболевания увеличился впервые за 
более чем 10 лет [1]. В 2020 г. ТБ заболело около 10,1 млн человек и умерло 
около 1,5 млн пациентов, в том числе 214 тыс. больных ВИЧ. К сожалению, эта 
тревожная тенденция сохраняется и в настоящее время, о чем свидетельствует 
тот факт, что в 2021 г. ТБ заразились более 10,6 млн человек, что на 4,5 % больше, чем в 2020 г. [2]. Эти данные доказывают, что ТБ продолжает оставаться 
одной из 10 основных причин смертности во всем мире и ведущей причиной 
смерти пациентов с ВИЧ и сахарным диабетом, прежде всего из-за резистентно7

сти к противомикробным препаратам, используемым в клинической практике. 
Возрастающая распространенность лекарственной устойчивости представляет 
собой серьезную проблему для эффективной борьбы с ТБ. В связи с этим одной 
из ключевых задач, стоящих перед научным сообществом, является лечение ТБ 
с множественной и широкой лекарственной устойчивостью.
В последние годы лекарственно-устойчивые (ЛУ) штаммы микобактерии 
туберкулеза (МБТ) стали встречаться гораздо чаще, особенно в эндемичных по 
ТБ регионах, что делает лекарственную устойчивость к туберкулезу глобальной 
проблемой общественного здравоохранения (A/RES/73/3.2018). По классификации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) лекарственно-устойчивый 
туберкулез (ЛУ ТБ) делится на 5 групп: устойчивый к изониазиду; устойчивый 
к рифампицину (РУ); с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ 
ТБ – туберкулез, устойчивый к изониазиду и рифампицину); с пре-широкой лекарственной устойчивостью (пре-ШЛУ ТБ), который представляет собой МЛУ 
ТБ с устойчивостью к фторхинолонам; с широкой лекарственной устойчивостью (ШЛУ ТБ) – устойчивый к рифампицину, в дополнение к любому фторхинолону и по крайней мере к одному из препаратов приоритета А (бедаквилин 
или линезолид) [2].
Рифампицин, изониазид, пиразинамид и этамбутол являются противотуберкулезными препаратами первой линии, используемыми для лечения лекарственно-чувствительного туберкулеза (ЛЧ ТБ). Однако успех лечения зависит 
от строгого соблюдения четырех- или шестимесячного курса их приема [3]. 
Текущие рекомендации ВОЗ по лечению РУ/МЛУ ТБ включают в качестве лекарств основного приоритета использование шестимесячного режима BPaLM, 
состоящего из бедаквилина, претоманида, линезолида и моксифлоксацина, девятимесячного полностью перорального режима с продолжением до 18 мес. 
только для тех пациентов, которым не подходят шести- или девятимесячная 
терапия [2]. Несмотря на значительный прогресс, традиционное лечение ЛЧ 
ТБ по-прежнему остается относительно длительным (4–6 мес.) и предполагает одновременное использование нескольких препаратов [4]. Лечение ЛУ ТБ 
требует еще больше времени и включает менее эффективные лекарства с тяжелыми побочными реакциями [2]. Это определяет актуальность, важность 
и практическую значимость исследований по разработке новых эффективных 
антибактериальных препаратов широкого спектра действия, направленных на 
функционально важные участки МБТ. Такие исследования проводятся многими научными группами, о чем свидетельствует информация о текущих разработках новых противотуберкулезных препаратов, опубликованная в недавней 
обзорной статье [5].
Анализ доклинических исследований в области поиска противотуберкулезных средств показал, что современные химиотерапевтические стратегии обычно сосредоточены на разработке потенциальных лекарств, нацеленных на такие 
клеточные процессы, как репликация ДНК, синтез белка, биосинтез клеточной 
стенки, энергетический метаболизм и протеолиз МБТ [6]. Среди белковых ми8

шеней, играющих важную роль в биосинтезе миколовых кислот клеточной 
стенки МБТ, особое внимание следует уделить бета-кетоацил-(ацил-белок-носитель) синтазе I (KasA) – одному из ключевых ферментов пути FAS-II синтеза 
жирных кислот [7]. 
KasA МБТ катализирует реакцию конденсации, в которой этот фермент принимает от еноил-редуктазы InhA ацильную цепь, связанную с ацил-переносящим белком, и удлиняет ее на два атома углерода [7]. Несмотря на то, что изониазид (INH) ингибирует InhA, а не KasA, МБТ под воздействием INH сверхпродуцирует KasA и индуцирует образование ковалентного комплекса, состоящего 
из ацил-переносящего белка KasA и INH [8]. Известно также, что возникающая 
устойчивость штаммов МБТ к INH связана с мутациями ряда генов, в том числе 
Inha и KasА [9]. Более того, было обнаружено, что KasA в устойчивых к INH 
штаммах МБТ с четырьмя мутациями неактивного сайта (D66N, G269S, G312S, 
F413L) [10] демонстрирует нестабильность димера KasA [11]. Потеря активности KasA приводит к лизису клеток бактерии [12], что указывает на то, что этот 
белок может иметь ключевое значение для жизненного цикла МБТ и, следовательно, является важной мишенью для разработки новых эффективных ингибиторов ЛУ ТБ [13].
Важно отметить, что в настоящее время не существует одобренных Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств 
США (FDA) препаратов против туберкулеза, механизм действия которых основан на ингибировании каталитической активности KasA [13]. Анализ основных 
классов известных ингибиторов KasA показывает, что блокирование ацил-связывающего канала KasA с помощью небольших молекул приводит к значительному снижению инфекции МБТ у мышей, в то время как in vivo тесты известных ингибиторов сайта связывания малонила пока оказались безуспешными 
[13]. Это свидетельствует о большой важности исследований, направленных 
на разработку новых противотуберкулезных молекул с клиническим потенциалом, способных ингибировать малонил-связывающий канал KasA.
С целью идентификации соединений, способных блокировать малонил-связывающий канал KasA, в настоящей работе нами выполнен виртуальный скрининг библиотеки биоактивных молекул, содержащей одобренные FDA лекарства и препараты-кандидаты, находящиеся на разных стадиях биомедицинских 
исследований. Он включал следующие этапы:
1) молекулярный докинг белка C171Q KasA с соединениями из виртуальной 
библиотеки биоактивных молекул; 
2) оценку сродства этих соединений к малонил-связывающему каналу фермента с помощью трех оценочных функций с последующим расчетом экспоненциального консенсусного ранга (ECR) для каждого соединения и ранжированием лигандов по значениям ECR;
3) молекулярную динамику (МД) комплексов лиганд/C171Q KasA и расчеты 
свободной энергии их образования для лучших по значениям ECR соединений;
9

4) анализ результатов МД, направленный на идентификацию наиболее перспективных соединений – кандидатов в лекарственные средства, способных 
ингибировать каталитическую активность фермента KasA МБТ.
Материалы и методы. Молекулярный докинг. 28 860 молекул, представляющих одобренные FDA лекарства и препараты-кандидаты были собраны 
в виртуальную библиотеку из химических баз данных DrugBank [14], ZINC15 
[15] и Selleck Chemicals (https://www.selleckchem.com/), а затем подготовлены 
к молекулярному докингу с помощью программного обеспечения MGLTools 
(https://ccsb.scripps.edu/mgltools/). Молекулярный докинг этих соединений 
с малонил-связывающим сайтом белка C171Q KasA осуществляли с помощью 
программы AutoDock Vina [16] в приближении жесткого рецептора и гибких 
лигандов. Структуру белка C171Q KasA заимствовали из его комплекса с ингибитором TLM5 – аналогом тиолактомицина (PDB ID: 4C72) [17]. Ячейка для 
докинга включала малонил-связывающий сайт фермента и имела следующие 
параметры: ΔX = 20,67 Å, ΔY = 24,8 Å, ΔZ = 16,46 Å с центром X = –7,24 Å, Y = 
–19,9 Å, Z = 6,75 Å. Параметр полноты охвата конформационного пространства 
был задан равным 100 [16].
Значения свободной энергии связывания для комплексов лиганд/C171Q 
KasA, построенных методом молекулярного докинга, рассчитывали с помощью 
оценочных функций AutoDock Vina [16], RF-Score-4 [18] и NNScore 2.0 [19]. 
Это позволило определить ранги соединений для каждой оценочной функции 
и рассчитать для всех лигандов значение экспоненциального консенсусного 
ранга (ECR) по формуле [20]: 
	
1 *exp –
ranksf
ECR
sf
sf
sf




=


σ
σ




∑
,
где ranksf – ранг соединения согласно оценочной функции sf, σsf – параметр, 
контролирующий влияние оценочной функции sf на результаты консенсусного 
отбора (ECR рассчитывали с использованием σsf = 10 для всех рассматриваемых 
sf, поскольку вклады отдельных оценочных функций в суммарную величину 
ECR были приняты равными).
В результате были отобраны 30 лучших по значениям ECR соединений для 
анализа их комплексов с белком C171Q KasA с помощью МД с целью выявления наиболее перспективных кандидатов, способных блокировать каталитическую активность фермента.
Подготовка белка и лигандов к молекулярной динамике. Перед молекулярной динамикой из структуры белка C171Q KasA в кристалле [17] были удалены все небелковые компоненты, за исключением фосфолипидов и катионов 
калия. Все лиганды были протонированы при нейтральном значении pH с помощью программы Open Babel [21] с последующей проверкой величин pKa, рассчитанных с использованием программного обеспечения Advanced Chemistry 
10