Владислав Солоухин - Размышления и споры о вирусах

Методы пептидного и олигонуклеотидного анализа (так называемого картирования ) дают своеобразные картины, напоминающие отпечатки пальцев, где каждое пятно соответствует какому-то конкретному пептиду или олигонуклеотиду. Сравнивая эти отпечатки между собой, можно сделать вывод о сходстве или различии соответствующих структур тех или иных вирусов. Такой же вывод можно сделать, если гибридизировать (смешивать при определенных условиях) нуклеиновые кислоты разных вирусов, а потом подвергать эти комплексы электрофорезу. Если участки гибридизуемых нуклеиновых кислот полностью гомологичны друг другу, то подвижность такого комплекса (его называют дуплексом) будет иной, чем при частичной гомологии.

Такой метод носит название молекулярной гибридизации нуклеиновых кислот. Его результаты могут выявиться и при сравнительном электрофорезе разных образцов, и другими методами, например, в "пятне" — так называемая ДОТ (точечная гибридизация). В этом случае одна нуклеиновая кислота (известная по своей структуре) используется как своеобразная удочка (молекулярный зонд) для ловли гомологичных ей участков вирусной нуклеиновой кислоты в тех или иных материалах. Ответ здесь, как правило, получается по принципу "да — нет", но как важен он и в такой форме применительно, скажем, к целям диагностики, точнее — молекулярной диагностики , вирусных инфекций!

Здесь мы можем сделать некоторые обобщения. Строго говоря, все виды исследования вирусов, с которыми мы познакомились, четко укладываются всего в... 4 группы. Во-первых, это исследование вирусов (или их компонентов) как таковых (по-латыни — per se, то есть в чистом виде). Это касается электронной микроскопии вирионов, изучения их биофизических свойств (например, плотности, электрического заряда и т. д.), а также всех свойств вирусных компонентов — белков, нуклеиновых кислот и др.

Во-вторых, это исследование вирусов с помощью (точнее — посредством) клеток. Сюда относятся все виды накопления вирусов во всех системах живых клеток, а также все виды индикации вирусов по их цитопатогенному действию, реакции гемагглютинации, гемадсорбции и т. д.

В-третьих, это исследования вирусов с помощью (или опять-таки точнее — посредством) антител — идентификация. Мы достаточно подробно говорили о разных видах реакций вирус (антиген) — антитело, не будем повторяться.

Наконец, четвертая группа методов изучения вирусов связана с молекулярной гибридизацией вирусных нуклеиновых кислот. Об этом мы сказали только что, но...

Здесь надо сделать очень важное отступление, точнее, коснуться совершенно нового вопроса и поговорить о генной инженерии и ее роли в вирусологии. Именно она дала вирусологии в последние годы принципиально новые возможности: и накапливать компоненты вируса при отсутствии чувствительных клеток, и получать молекулярные зонды, способные с огромной чувствительностью обнаруживать гомологичные нуклеиновые кислоты в разных субстратах, и получать самую полную информацию о белках и нуклеиновых кислотах вирусов, об их первичной структуре, то есть о последовательности нуклеотидов в гене, и о последовательности аминокислот в белковой молекуле.

Что же такое генная инженерия?

Генная инженерия — раздел молекулярной биологии, впрочем, можно говорить о том, что это одновременно и ее порождение и ее дальнейшее развитие. Вспомним, что молекулярной биологией можно назвать науку, изучающую структуру и функции важнейших биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. В рамках этой науки было сделано важнейшее открытие, о котором мы будем далее подробно говорить: открытие особого фермента, способного синтезировать ДНК на матрице РНК. Фермент этот — обратная транскриптаза (или ревертаза) позволяет вести ферментативный синтез генов вне клеток (in vitro). Произошло это в 70-е годы.

В те же 70-е годы произошло и другое важное событие: были открыты ферменты, способные разрезать и сшивать молекулы ДНК: рестриктазы (ферменты разрезания) и лигазы (ферменты сшивания). Эти два открытия идеально дополнили друг друга: недаром 70-е годы называются эпохой "Двух Р" ("ревертаза+рестриктаза"). За открытие ревертазы Г. Темин и Д. Балтимор получили Нобелевскую премию в 1975 году, за открытие ферментов рестрикции А. Арбор, Г. Натане и К. Смит были вознаграждены таким же образом в 1979 году. Почему же эти два открытия так тесно связаны?

Повторим: ревертаза позволяет синтезировать ген in vitro, рестриктазы и лигазы позволяют этот ген встроить практически в любую другую ДНК, скажем, бактериальной клетки, где он будет реплицироваться вместе с хозяйской ДНК и таким образом размножаться. Итак, если молекулярная биология привела к искусственному синтезу генов, то размножением этих генов занялась целая новая отрасль знаний — генная инженерия.

Определим новую науку несколько строже. Это специальная дисциплина, объект изучения и приложения которой — ген (ДНК), как естественный, так и искусственно полученный с помощью ревертазы. Генная инженерия включает в себя методы, позволяющие встраивать эти гены in vitro (с помощью названных выше ферментов — рестриктаз и лигаз) в ДНК бактерий, вирусов и клеток высших животных. Затем вводить полученные при этом рекомбинантные (гибридные) молекулы в соответствующие (так называемые пермиссивные, то есть чувствительные) клетки, добиваясь "приживления", репликации (размножения) гибридных ДНК как своих собственных, и, наконец, экспрессии, то есть выражения той информации, которая в этих генах содержится.

Генная инженерия — основа современной биотехнологии, а последняя — принципиально новое направление технологии, отличающееся высокими потенциальными возможностями благодаря использованию в промышленных масштабах процессов биокатализа, биоконверсии и биотрансформации энергии и вещества. Возможности биотехнологии простираются от получения новых лекарственных препаратов до новых источников энергии (производство этанола, бутанола, водорода и метана), от охраны окружающей среды (микробиологическая очистка сточных вод и газовых выбросов) до добычи полезных ископаемых методами биосорбции, от пищевого и кормового белка до ферментов промышленного назначения, от новой технологии сельскохозяйственного производства, включая высокопродуктивные сорта культурных растений, сконструированных генно-инженерными способами и оригинальных приемов агротехники, основанных на биологических способах борьбы с сорняками, до новых компьютеров и голографических матриц, сконструированных с применением принципов биологических систем и биоматериалов. Все эти приемы и методы в той или иной степени используются сегодня в вирусологии, дополняя арсеналы собственно вирусологических способов исследования.