Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Фримен Дайсон – один из лучших из ныне живущих математиков и физиков, который не получил Нобелевскую премию, но помог другим ученым получить ее и с которым я познакомилась во время работы в принстонском Институте перспективных исследований, – написал статью «Птицы и лягушки» [12] Дайсон Ф. Птицы и лягушки в математике и физике // Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180. – №8. – С. 859–870. – Прим. ред. . В ней он рассматривает разные взгляды на научные проекты и на науку в целом – с близкого расстояния, расстояния прыжка и отдаленной перспективы. Нужно и то и другое. Однако, как правило, исследователи предпочитают либо одно, либо другое. Сам Дайсон относит себя к «лягушкам» (типичная британская сдержанность?). Его самая известная книга называется «Источники жизни». Почему во множественном числе? Их несколько? Этот вопрос мы рассмотрим позднее.

А что насчет вирома – совокупности всех вирусов? Их особенно сложно обнаружить и охарактеризовать с эпигенетической точки зрения. В наших геномах полно вирусов, которые интегрируются в разных локациях, поэтому считается, что «интерес представляют» только те, что локализуются в консервативном районе генома. Сайты интеграции вируса, как правило, не консервативны. Поэтому многие вирусы не обнаружены. Тем не менее в наших геномах удалось выделить некоторые вирусы, и когда мы узнали, как их много – существуют миллионы «ископаемых» ретровирусов (о чем см. ниже), это было большим сюрпризом.

На сегодняшний день известно в общей сложности 3000 типов вирусов, из которых около 150 типов в ряде случаев являются болезнетворными. В сточных водах выявлено 50 000 фагов. Следует помнить, что в целом на нашей планете существует 10 33 вирусов и фагов! Можно ли их все изучить? Их слишком много. Поэтому надо сосредоточиться на болезнетворных вирусах и вернуться к «перспективе лягушек», что явно противоречит идее данной книги, цель которой – обратить внимание читателей на то, что большое число вирусов не являются болезнетворными. И все же их может оказаться слишком много.

Обсуждение вопроса о том, как справиться со всеми этими последовательностями – даже при наличии «облачных» технологий, – привело меня в полное изумление: полученные последовательности не нужно сохранять, их можно выбрасывать! А если они вам понадобятся, просто снова проведите секвенирование. Повторное секвенирование занимает меньше времени, чем сохранение последовательностей и их поиск в базе данных, – вот это да!

Наш геном на 98% состоит из «пустого пространства», и только 1,5–2% его содержимого кодирует белки. Под пустым пространством подразумеваются не кодирующие белок последовательности интронного происхождения, прочая информация и просто «мусор». Некоторая часть «пустого пространства» содержит дефектные эндогенные ретровирусы. Интроны – участки, повышающие генетическую сложность человека с помощью сплайсинга, который обеспечивает комбинирование экзонов, «вырезая» интроны (интронные последовательности удаляются путем сплайсинга на уровне РНК с помощью механизма «петли» или «лассо»). Это позволяет добиться невероятного увеличения числа новых комбинаций для новых белков. Кроме того, существует больше ДНК-последовательностей, экспрессирующих регуляторные короткие микроРНК (мкРНК), содержащие 20–30 нуклеотидов, и, наоборот, длинные не кодирующие белок РНК – lncРНК (по-английски lnc произносятся как «линк»), состоящие из нескольких сот нуклеотидов, которые связываются с соответствующими РНК и регулируют их. Они и играют определенную роль в развитии лейкемии и в настоящее время являются предметом интенсивных исследований. Карло Кроче, онколог из Огайо (США), изучал нарушения хромосом и роль раковых белков в развитии лейкемии, а вместо этого обнаружил miR-15 и miR-16. Карло Кроче часто присутствовал и выступал на симпозиумах онкологов, организованных Милдред Шеель Фаундейшн. Милдред Шеель, супруга бывшего федерального президента ФРГ Вальтера Шееля, доктор медицины, которая уделяла большое внимание финансированию исследований рака в Германии, сама умерла от рака толстой кишки. Основанный ею фонд существует до сих пор, и ему уже несколько десятилетий. Я имела честь получить грант лично от Милдред Шеель, и это была самая крупная сумма, когда-либо выделявшаяся этой организацией (€1,3 млн). Но самой Милдред Шеель никто помочь не смог (и я не смогла помочь своим партнерам в борьбе со смертельным раком).

Карло Кроче создал своего рода сеть исследователей рака и не афишировал, как он выявил рак-специфичные микроРНК (мкРНК), но сейчас, всего несколько лет спустя, они доступны всем. Начался бум в области поиска разного рода некодирующих, то есть не кодирующих белок РНК (нкРНК). Несколько тысяч таких РНК выявлено при раке. Компании предлагают чипы для их выявления в образцах раковых клеток. Различные комбинации таких РНК характеризуют опухоли. Что касается рака – то заменяют ли мкРНК онкогены? Может быть, все, о чем говорилось выше, неверно? В определенном смысле да, в диагностике, поскольку мкРНК проще определить, и в настоящее время существуют чипы для обнаружения рак-специфичных мкРНК. В наши дни мкРНК определяют в крови, кале и слюне, то есть для диагностики осуществляется неинвазивный забор образцов. Однако, как отмечалось выше, некоторые из мкРНК задействованы в онкоген-специфическом механизме. Белок Myc и супрессор опухоли р53 являются двумя яркими примерами. Белок Myc действует через miR-17-92 и активирует многие другие гены, включая онкогены, в том числе Raf, и, если удалить miR, опухоль не разовьется. Исходя из этого, можно предположить, что miR играет ключевую роль и, вероятно, может стать терапевтической мишенью. Супрессор опухоли р53 действует через miR-34 и т.д.!

miR определяются практически во всех биологических объектах, которые можно себе представить, – трипаносомах, бактериях, растениях, млекопитающих – везде. Существуют наборы для экспресс-тестирования яиц на всем пути вплоть до птицефабрик на предмет выявления патогенов, вызывающих заболевания у человека. В этих наборах miR является биомаркером, позволяющим в промышленных условиях определять, в каких условиях происходило откладывание яиц, и это очень полезно для тестирования инспекторами здоровья животных. Это то, что поставщики рекомендуют делать хорошо образованным фермерам.

Кроме того, в вирусах имеются мелкие регуляторные РНК, которые обнаружили в HVB, а также в ВИЧ, и это стало предметом жарких споров. Мелкие miR могут регулировать в вирусах переход от ранних генов к поздним (хотя то же самое может делать и антисмысловая РНК).

Кроме того, мелкие РНК порождают эпигенетический эффект и в отношении рака. Эпигенетические изменения не кодируются в ДНК, они возникают не вследствие мутаций, а в силу действия мелких РНК. Они приводят к химическим изменениям ДНК в ответ на факторы среды (путем присоединения метиловых групп к нуклеотидам или посредством модифицирования хроматина путем ацетилирования и упаковки ДНК).