Журнал «Вокруг Света» №03 за 2010 год

Похитители геномов

Вирус устроен предельно просто: молекула нуклеиновой кислоты в белковом чехле. Больше у него нет ничего, даже цвета. Но когда электронный микроскоп слой за слоем ощупает вирус, а умная компьютерная программа раскрасит его в яркие цвета, нашим глазам предстают такие композиции, которые сделали бы честь любой галерее абстрактного искусства.

1. Низкая электронная плотность

2. Высокая электронная плотность

3–5. Белковые оболочки

Лихорадка леса Cемлики

Заболевание эндемично для отдельных районов тропической Африки. Резервуаром вируса являются приматы, переносчиками — комары родов Aedes и Mansonia

Вредный «форточник»

Основную часть вируса SFV составляет двуслойная «шуба». Внешнюю, «меховую», часть образуют липиды (жиры), внутреннюю, «подкладку», — три специфических вирусных белка. Число их молекул строго определенно — по 240 в каждом белке. Внутри белковой оболочки, капсида, заключен геном вируса. Это небольшая молекула РНК, кодирующая вирусные белки. Структура молекул липидов в вирусных генах не отражена, вирус просто берет их в готовом виде у зараженной клетки. SFV является возбудителем лихорадки леса Семлики — заболевания, встречающегося в некоторых ограниченных районах тропической Африки и проявляющегося головными болями и периодическими подъемами и спадами температуры. И этот же вирус весьма популярен в продвинутых лабораториях, где его используют как «форточника»: инструмент для прицельной доставки в клетку высокоактивных веществ или генов, которые необходимо встроить в клеточный геном. Дело в том, что SFV не нуждается в особых рецепторах для проникновения в клетку: внешний слой его оболочки сливается с липидной основой клеточной мембраны, как маленькая капелька жира с большой.

1. Белки капсида

2. Вирусная ДНК

3–4. Белки портала

5. Белки хвоста

Сальмонеллез

В качестве антибактериальной терапии острых кишечных инфекций, вызываемых сальмонеллами, часто используются бактериофаги. Они размножаются внутри бактерий и вызывают их разрушение (лизис)

Машина вторжения

У бактерий тоже есть свои вирусы, именуемые бактериофагами. Для них задача проникновения в клетку еще сложнее, чем для «обычных» вирусов, ведь бактерии часто заключены в жесткую и прочную оболочку. Бактериофаг P22, поражающий сальмонеллу и другие кишечные бактерии, — одна из самых изящных и сложных молекулярных машин. Его белковая головка-капсид содержит плотно упакованную ДНК — геном вируса. К головке примыкает хвост, задача белков которого опознать бактериальную стенку, прикрепиться и проделать в ней дырку. Как только это происходит, срабатывает портал — молекулярный пружинный механизм, расположенный в месте сочленения головки и хвоста. Сокращаясь, он с силой впрыскивает содержимое головки внутрь бактерии. ДНК фага встраивается в единственную хромосому бактерии и перехватывает управление клеточными процессами, а опустевший «автоматический одноразовый шприц» отделяется от клетки.

1. Гликопротеиды внешней оболочки

2. Липиды

3. Белки капсида

Лихорадка Синдбис

Вирус циркулирует между птицами и комарами. Болеют в основном сельские жители. Поражения суставов в форме артрита могут сохраняться месяцами и даже годами

Сферический сандвич

Вирус Синдбис получил имя по названию египетской деревни, где его впервые выделили. Однако такие же или почти такие же вирусы вызывают лихорадку, сыпь и боли в суставах у жителей Финляндии (болезнь Погоста), Швеции (болезнь Окельбо) и России (карельская лихорадка). Этот вирус устроен еще сложнее, чем его близкий родич SFV: внешняя оболочка состоит из гликопротеидов — соединений белков с углеводами. От внутренней, чисто белковой оболочки (капсида) она отделена тонким — всего в две молекулы толщиной — слоем липидов. Внутри капсида заключена вирусная РНК (не показана), единственная цепочка которой состоит примерно из 13 000 нуклеотидов. В столь ограниченном объеме уместилась бы информация максимум о 10–15 индивидуальных белках, но нужно ведь оставить место и на регуляторную часть (промотор), которая заставит клетку без устали считывать вирусные гены.

1–2. Вирусные белки

3. РНК

Вирусная мозаика

Проявляется в виде крапчатости и беловатых или желтоватых штрихов на листьях, окраска их становится светлой по сравнению с темнозелеными здоровыми листьями

Молекулярные фенечки

Один из наиболее просто устроенных вирусов — вирус мозаики подорожника (RMV), поражающий многие виды растений, в том числе и культурных. Как и у многих других вирусов, его геном представлен единственной цепочкой РНК. Как известно, эта молекула имеет спиральную форму, и вдоль нее, тоже по спирали, располагаются молекулы вирусных белков. В результате образуется наборный чехлик-трубочка с молекулой РНК в качестве стержня. Сборка таких трубочек идет самопроизвольно, как кристаллизация, не требуя участия ферментов или иных активных факторов. Достаточно, чтобы в растворе были готовые вирусные белки и какая-нибудь однонитчатая молекула РНК — необязательно даже вирусная. При этом длина трубочек ограничена только длиной РНК и, в принципе, может быть любой (обычная вирусная частица RMV содержит 2100 молекул белка). Это свойство привлекло к вирусам мозаик внимание нанотехнологов, надеющихся таким образом собирать нанокабели.

1–3. Вирусные белки

4. Молекулы ICAM-1

Острая респираторная вирусная инфекция

Риновирусы впервые обнаружены в 1956 году. Они становятся виновниками не только острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ), но иногда и более серьезных заболеваний, включая астму, отиты, а также аллергические реакции у детей

Нанорепей

Человеческий риновирус — возбудитель обычной простуды, она же ОРВИ. На первый взгляд его устройство несложно: белковые молекулы трех типов образуют простую шарообразную оболочку — капсид, заключающий в себе вирусные гены. Однако эти белки, помимо способности собираться в оболочку, обладают еще одним важным свойством: они умеют безошибочно и прочно связываться с белковыми молекулами (ICAM-1), по структуре сходными с иммуноглобулинами. Белки ICAM-1 располагаются на поверхности некоторых типов клеток (в частности, клеток выстилки сосудов и слизистых оболочек) и вступают в контакт с лейкоцитами, обеспечивая им беспрепятственный проход вглубь ткани к месту воспаления. Лейкоцит предъявляет эпителиальным клеткам свой «пропуск» — сигнальные белки. Клетки реагируют — расступаются, и лейкоцит проходит. Контакт лейкоцитарного и эпителиального белков происходит, как у ключа с замком, причем ICAM-1 играет роль личинки замка. Вирус использует этот механизм, чтобы опознать клетку-мишень (у кого есть на мембране ICAM-1, тех и будем кушать) и прицепиться к ее поверхности. Результатом чаще всего бывает насморк, но иногда вторжение риновирусов приводит к бронхиту, пневмонии и даже астме.

1. Гликопротеидные шипы

2. Липидная оболочка

3. Белки капсида и матрикса

4. РНК

Синдром приобретенного иммунодефицита

Первая информация о СПИДе появилась в 1981 году. Новая болезнь, имеющая явно инфекционную природу, настолько напугала человечество, что удостоилась титула «чумы ХХ века»

Сто одежек, или Апофеоз упаковки

Название вируса SIV расшифровывается как simian immunodeficiency virus, то есть «вирус иммунодефицита обезьян». Он действительно поражает иммунные клетки нескольких видов африканских обезьян (каждому из которых соответствует свой штамм вируса), но никакого иммунодефицита у своих обычных хозяев не вызывает. Однако, попав в кровь незнакомого вида, например японских макак, SIV в самом деле вызывает смертельный иммунодефицит. Ученые полагают, что именно таким путем возник возбудитель СПИДа — вирус иммунодефицита человека, на который SIV очень похож. Подобно своему грозному родичу, он устроен довольно сложно. Его геном представлен одноцепочечной РНК. Вирус упакован, как фарфор в вату, в матрикс, образованный белками, которые понадобятся вирусу внутри клетки. Матрикс с РНК заключен в несколько слоев белковых оболочек, а вся получившаяся конструкция покрыта слоем липидов. Наружу торчат гликопротеиды, которыми вирус связывается с рецепторами клетки-мишени. Но несмотря на столь многослойную защиту, SIV крайне неустойчив к воздействиям внешней среды.

Борис Жуков