Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Дарвин уже отмечал, как трудно повторить в современных условиях реакции, наблюдавшиеся при образовании жизни. Сегодня вирусы разработали способы защиты своих драгоценных генов от разрушения. Один из таких способов описан ниже.

Мой коллега захотел проанализировать белок, выделенный из ВИЧ, который закрывает вирусную РНК и защищает ее от нуклеазы, характерной для всех РНК-вирусов. ( В ВИЧ она называется нуклеокапсидным белком NCp7, а у вируса гриппа – нуклеопротеином (НП). Такие РНК-связывающие белки положительно заряжены и могут нейтрализовывать отрицательно заряженные РНК; они выстраиваются в одну линию, пристраиваясь друг к другу.) Такие белки предназначены для движения нуклеиновых кислот, и их находят даже в ретротранспозонах.

Их назвали «шапероны» или «наставники» («наставницы»). У наших бабушек были наставницы – более старшие по возрасту дамы, которых нанимали обеспокоенные матери для сопровождения своих незамужних дочерей. Все РНК-содержащие вирусы используют шапероны для защиты своих РНК. Эти белки выполняют много задач. Одно из их свойств заключается в удержании РНК на расстоянии. Это ведь полезно для молодых девушек? Тогда шапероны могут «расплавлять» РНК-складки, усиливать РНК–РНК взаимодействие (о котором наши бабушки, возможно, не знали) и разглаживать морщинки, вторичные структуры в РНК. Они могут раскрутить структуру типа «лист клевера» тРНК, чтобы сделать «мишенью» одну из петель в качестве праймера для репликации РНК. Кроме того, в присутствии шаперонов вирусная репликация гораздо более эффективна. Обратная транскриптаза скользит вдоль РНК более эффективно, если она «распутана» шаперонами. Можно интуитивно предположить, что РНК-связывающие белки препятствуют продвижению ферментов вдоль РНК, тем не менее истинно обратное утверждение: они повышают скорость транскрипции. Эти белки очень «липкие» в силу своего положительного заряда, и в лаборатории порой «отказываются» покидать пробирку, навсегда оставаясь на внутренней стороне стеклянной стенки. Мне не хотелось в это верить, когда один мой работник рассказал мне об этой проблеме, с которой столкнулся, осуществляя проект. Но он оказался прав. Однажды в пробирку к рибозимам и РНК он добавил шапероны, и реакция расщепления ускорилась невероятно, в несколько тысяч раз. Затем этот аспирант отправился в мировое путешествие, и проект «застрял». Когда он вернулся, я была в ярости, поскольку «его» результаты к этому времени были опубликованы Питером Дерваном в журнале Science. Он наблюдал такое же явление, но опубликовал свои результаты быстрее. Время имеет значение! Мы предприняли срочные меры и тоже опубликовали результаты в одном из респектабельных журналов. Я упоминаю об этом, поскольку, когда мы проводили эти эксперименты, я никогда не задумывалась об эволюции, то есть совсем. И все же, чтобы стать источником жизни, рибозимы, возможно, получили именно такую поддержку от положительно заряженных аминокислот, необязательно от целых белков, а реакция ускорилась – катализировалась – в 1000 раз! Это могло ускорить процесс эволюции! Предполагается, что аминокислоты легко синтезируются в пребиотическом мире и, возможно, были ранними структурами. Или же они могли быть занесены на Землю метеоритами – это не моя идея, но некоторые так считают. На нашей планете эти белки принадлежат к самым древним и консервативным; они часто содержат ионы цинка, которые связываются со специальными структурами, называемыми «цинковые пальцы», для связывания нуклеиновых кислот и транспозируемых элементов. Шапероны, должно быть, содействовали началу синтеза белков и репликации ретровирусов. Кто у кого научился? Вирусы у клеток или наоборот? Я думаю, вирусы изобрели синтез белков, который потом у них переняли клетки. Мне так кажется, но у меня мало доказательств.

После столь углубленного экскурса в историю, может быть, стоило бы немного расслабиться и поговорить о еде. Как упоминалось ранее, во многих растениях есть вироиды, способные вызывать болезни. Они присутствуют в продуктах питания и вредят здоровью человека. Но они не встречаются в организме человека – так думали люди. Однако один вироид все же остался. Никто не понял, откуда он появился. Существует вироид веретеновидности клубней картофеля (PSTVd). Возможно, он присутствовал в каком-нибудь блюде из картофеля или это были вироиды, содержащиеся в огурцах или помидорах.

В итоге он оказался в печени вместо того, чтобы продвигаться по желудочно-кишечному тракту и выйти из организма с калом. Считается, что вироиды для человека совершенно безвредны – за исключением этого. РНК вироида, должно быть, удивительным образом получила доступ к печени вместо того, чтобы попасть в кишечник. Она стала вирусом гепатита дельта (HDV). Джон Тейлор из Онкологического центра Фокс Чейз (Филадельфия, США) исследовал происхождение этого вируса и предположил указанный способ его попадания в организм. Когда это произошло? Несколько сот лет назад? Ответ на этот вопрос не вполне ясен. HDV – каталитически активный «молотоголовый» ( hummer-head) рибозим, у которого РНК может присоединиться – по крайней мере теоретически – в виде «головки молота». РНК находится в белковой упаковке. Эта оболочка принадлежит другому печеночному вирусу, а именно вирусу гепатита В (HBV). Таким образом, оболочка позаимствована, а не самозакодирована, как и у всех других вироидов, которые являются некодируемыми нкРНК. После того как эти вирусы встречаются, они вместе реплицируются в печени. Тогда HBV отдает HDV часть своих молекул белковой оболочки, как святой Мартин из известной христианской легенды, который разорвал пополам свой плащ, чтобы поделиться им с нищим, – сюжет, присутствующий в росписях многих готических храмов, например Базельского кафедрального собора. Это имеет важные последствия: оболочечный вирус может образовывать частицы и покидать клетки печени, инфицируя другие клетки и даже других людей, а не просто ограничиваться перемещением внутри растений! Если человек заражен этими двумя печеночными вирусами – HDV и HBV одновременно, последствием может стать серьезное печеночное заболевание и рак с показателем смертности 20%. Такая комбинация часто ассоциируется с ВИЧ, и в этом случае риск для пациента повышается. В Германии ежегодно отмечается 18 таких случаев. К счастью, это низкий показатель, что, возможно, является результатом широкого распространения вакцинации от вируса гепатита В среди населения. Исследования рибозимов, похожих на гепатит D, свидетельствуют о наличии родственных связей с бактериями, вирусами насекомых и дрожжей, помимо растений. Однако второй HDV-подобный рибозим в организме человека так и не был обнаружен. Какова функция этих рибозимов? По крайней мере это единственный подобный вироид у человека, и это хорошая новость, поскольку нам не придется отказываться от «полезных» овощей.