Почему не удаётся победить вирусы?

Наука и жизньНаука

Вирус — это хакер, взламывающий программу клетки

Сергей Евгеньевич Дмитриев. Фото: Пресс-служба МГУ

Вирусы, возможно, сохраняют некоторые черты предшественников жизни на нашей планете. Однако мы знаем их прежде всего как возбудителей опасных заболеваний. Почему не удаётся их победить? Почему от бактериальных инфекций создаются эффективные препараты, а в случае с вирусами это сделать намного сложнее? Что известно о механизмах взаимодействия вирусов с клеткой? Удастся ли создать по-настоящему эффективные противовирусные средства?

Рассказывает кандидат биологических наук Сергей Дмитриев, заведующий отделом взаимодействия вирусов с клеткой НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ. Беседу ведёт Наталия Лескова.

— Сергей Евгеньевич, чем вызван ваш интерес к теме взаимодействия вирусов с клеткой?

— Вирусы, как известно, не могут жить сами по себе: во внешней среде они выглядят как неживые молекулы, и только попадая внутрь клетки, за счёт её молекулярных систем и ресурсов, они начинают размножаться — делать копии самих себя. Интересно понять, как устроено это взаимодействие между вирусом и «порабощённой» им клеткой хозяина.

Вирусы в этом плане весьма изощрённы. Многие механизмы, имеющиеся у клетки, они умудряются поставить себе на службу, заставляя их работать совсем по-другому. Мне, как молекулярному биологу, это интересно не только с точки зрения вирусологии. Ведь изучая биологию вирусов, мы часто заодно узнаём и о каких-то новых, «экстремальных» аспектах функционирования наших собственных клеток, которые проявляются только при заражении.

— То есть вирусы способны, подобно хакерам, перепрограммировать клетку?

— Именно так. Вирусы применяют много разных хитростей, с помощью которых им удаётся поставить клеточные механизмы себе на службу. Всем этим «трюкам» они «научились» в ходе эволюции. Часть их направлена на то, чтобы заставить белок-синтезирующий аппарат клетки нарабатывать вирусные белки вместо того, чтобы обслуживать нужды хозяина. Это особенно актуально для РНК-содержащих вирусов, которыми мне и моим коллегам приходится заниматься больше всего. Все привыкли, что наследственная информация хранится в ДНК, в нужный момент с неё считываются копии РНК, а с них затем синтезируются белки. Есть вирусы, у которых реализация генетической информации организована так же, но есть и такие, которые существуют только в виде РНК. Таких вирусов, возможно, даже больше, чем ДНК-содержащих. Считается, что наша жизнь, скорее всего, изначально зародилась именно в виде РНК, и некоторые РНК-вирусы в каком-то смысле, отдельными своими частями, похожи на наших далёких предков. Но все эти миллиарды лет они, разумеется, эволюционировали, подстраивались под всё усложняющиеся формы клеточной жизни и обменивались с клетками генами и регуляторными элементами*.

* Регуляторными элементами называют некодирующие последовательности в ДНК или РНК, влияющие на активность генов.

— Клетка как-то может понять, что в неё проник такой вирус?

— Нормальные клеточные мРНК в процессе синтеза снабжаются некими метками, которые требуются им в последующей «жизни» для эффективной работы и для того, чтобы клетка могла отличить «свои» молекулы РНК от «чужих», вирусных. В качестве этих меток выступают метильные группы и модифицированные нуклеотиды. Если клетка обнаружит чужеродную РНК без этих меток, она должна её уничтожить и включить «сигнал тревоги», чтобы быстро перестроить свою программу для борьбы с патогеном и дать знать окружающим клеткам, что она заражена. Но полностью уничтожить размножающийся вирус внутри клетки довольно сложно. Поэтому, если клетка обнаруживает, что инфицирована, то ей зачастую приходится жертвовать собой во имя спасения всего организма в целом. Обнаружив в цитоплазме РНК без тех самых меток, клетка включает стрессовый ответ, а затем запускает механизм самоубийства и погибает вместе с попавшим в неё патогеном.

— Каким же образом вирусы обходят механизмы клеточной защиты?

— Вирусы стремятся выдать свои РНК за клеточные или воспрепятствовать ответу, который может им всё испортить. Например, у ряда вирусов есть ферменты, которые добавляют похожие метки к вирусным РНК либо воруют кусочки РНК с метками у клеточных транскриптов**. Так делают, например, коронавирусы или вирус гриппа. В других случаях они кодируют специальные белки, препятствующие включению гибельной сигнализации. Это, конечно, лишь немногие из «хитростей», применяемых вирусами.

** Транскрипцией называют синтез РНК-копии на участке ДНК, транскрипт — РНК, получившаяся в результате транскрипции.

А вот ещё один пример их изобретательности. Одна из меток, о которых шла речь выше, находится в самом начале мРНК и называется «кэп» — по-английски «шапочка». Это сложная модификация, она появляется у клеточных мРНК ещё во время их синтеза в ядре и нужна, помимо всего прочего, для привлечения рибосомы — большой молекулярной машины, которая и будет синтезировать белок.

Но если вирус размножается в цито-плазме (как многие РНК-содержащие вирусы), то он не имеет доступа к ферментам, синтезирующим кэп. А когда у мРНК нет «шапочки», с неё не только не может синтезироваться белок, но и сама эта РНК быстро деградирует. Однако некоторые вирусы «придумали» такую хитрость: в ходе эволюции они приобрели специальные участки РНК, которые связывают те же самые клеточные компоненты, что и кэп, только делают они это совсем другим, необычным способом. Такие участки есть в РНК пикорнавирусов — к ним относится, например, возбудитель полиомиелита. Особое коварство этого вируса заключается в том, что он ещё и кодирует специальные белки, которые портят ненужную ему часть клеточного кэп-связывающего аппарата. Тем самым он убивает сразу двух зайцев: обеспечивает трансляцию своей мРНК и блокирует синтез клеточных белков. Дополнительный «бонус» — независимость от сигнальных путей, регулирующих активность кэп-зависимой трансляции.

Мы как раз изучаем подобные участки (они называются IRES-элементами) в РНК разных вирусов и пытаемся понять, как им удаётся привлекать рибосому и сажать её не на начало мРНК, как обычно, а на внутреннюю её часть. И загадок здесь хватает.

Вообще-то замена кэпа — это не главное свойство IRES-элементов: среди них есть и такие, которые не привлекают кэп-связывающие белки (например, IRES вируса гепатита С). И наоборот: связывания каких-то компонентов белок-синтезирующего аппарата недостаточно, чтобы посадить рибосому внутрь мРНК. Кроме того, большим и сложно устроенным IRES-элементам (как у пикорнавирусов) для работы зачастую требуются дополнительные клеточные белки, хотя тот же IRES вируса гепатита С, вероятно, обходится без них. Здесь встаёт вопрос о том, почему в случае пикорнавирусов эволюция не пошла по пути максимального упрощения системы: ведь просто устроенные IRES-элементы позволяют вирусным мРНК обходиться меньшим набором клеточных компонентов и могли бы сделать их трансляцию более устойчивой к антивирусным механизмам. Возможно, разгадка кроется в сложных отношениях этих вирусов с организмом-хозяином, где им приходится взаимодействовать с клетками различных органов и тканей.

— Какими методами вы пользуетесь в своих исследованиях?

— Наше кредо — не отказываясь от классических подходов, привнести в эту область самые современные технологии, в том числе методы системной биологии. Один из них — CRISPR/Cas-опосредованный генетический скрининг. CRISPR/Cas — это наиболее эффективный инструмент редактирования генома, за разработку которого в позапрошлом году присуждена Нобелевская премия по химии (см. статью «Редактор для генома», «Наука и жизнь» № 12, 2020 г. — Прим. ред.). С его помощью в том числе можно посмотреть, какие гены нужны для того или иного процесса.

Суть метода CRISPR-скрининга заключается в том, что мы вносим направленные мутации в большую популяцию культивируемых клеток, причём делаем это таким образом, что в каждой из этих клеток выключается какой-то один ген, везде разный, — но мы всегда можем узнать, в какой клетке какой ген был выключен. Потом к клеткам с выключенными генами можно применить какое-либо воздействие, которое в норме их убивает. Например, заразить цитопатическим вирусом. Если какие-то клетки при этом выживут — значит, в них были сломаны гены, необходимые вирусу для заражения или продуктивной инфекции. Такие клетки можно размножить и с помощью секвенирования нового поколения выяснить, какие это были гены.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Робин из Локсли Робин из Локсли

О Робин Гуде сложены несколько десятков баллад

Дилетант
Что мешает вашей карьере: 3 шага для преодоления вредных установок Что мешает вашей карьере: 3 шага для преодоления вредных установок

Почему ваша карьера никак не складывается?

Psychologies
Болонская система прощается, но не уходит Болонская система прощается, но не уходит

Изменения в высшем образовании неизбежны

Эксперт
Футбол и лирика: в прокат вышел документальный фильм о клубе «Манчестер Юнайтед» Футбол и лирика: в прокат вышел документальный фильм о клубе «Манчестер Юнайтед»

До российского проката добрался документальный фильм «Великий «Юнайтед»

Forbes
Нейтронная томография и масс-спектрометрия «творят» историю Нейтронная томография и масс-спектрометрия «творят» историю

Ученые исследовали подвеску, найденную на раскопках в Великом Новгороде

Наука и жизнь
Одержимость контролем и нарциссизм основательницы погубили один из самых многообещающих стартапов Азии — история Zilingo Одержимость контролем и нарциссизм основательницы погубили один из самых многообещающих стартапов Азии — история Zilingo

Как стартап-маркетплейс Zilingo взлетел и рухнул

VC.RU
Ирина Хакамада: «Полезно нырнуть на самую глубину отчаяния» Ирина Хакамада: «Полезно нырнуть на самую глубину отчаяния»

Хакамада меняется в каждом отрезке времени. Сейчас у нее очень непростой период

Psychologies
Невидим, свободен... Невидим, свободен...

Теоретики рассматривали двумерные структуры на основе углерода ещё в XX веке

Наука и жизнь
Британский фунт Британский фунт

Британский фунт — древнейшее в мире действующее платежное средство

Вокруг света
Как вернуть ребенка в школу после каникул? Отвечает Дима Зицер Как вернуть ребенка в школу после каникул? Отвечает Дима Зицер

Как начать учебный год без скандалов, слез и уговоров?

СНОБ
Менеджеры паролей – кто остался на рынке? ТОП-5 решений. Выбираем лучшие программы, заменяющие стикер на мониторе Менеджеры паролей – кто остался на рынке? ТОП-5 решений. Выбираем лучшие программы, заменяющие стикер на мониторе

Чем проще пароль, тем легче его подобрать, а чем сложнее – тем легче забыть

Цифровой океан
«Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове». Все об устройстве и работе мозга «Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове». Все об устройстве и работе мозга

Пора заглянуть внутрь: что же происходит в мозге, когда мы ничем не заняты?

N+1
NLP: терапевтическая магия или обман NLP: терапевтическая магия или обман

Как работают техники НЛП?

Лиза
5 нон-фикшн книг, которые стоит взять с собой в отпуск 5 нон-фикшн книг, которые стоит взять с собой в отпуск

Книга — лучший попутчик в отпуске!

Maxim
«Золото партии». Советские машины на элитных западных аукционах «Золото партии». Советские машины на элитных западных аукционах

Какие машины участвовали в торгах с сокровищами ценой в миллионы долларов

РБК
Бразильская команда: как правильно искать менеджеров в Сан-Паулу и Рио Бразильская команда: как правильно искать менеджеров в Сан-Паулу и Рио

Что нужно знать перед тем, как нанять управленца для запуска проекта в Бразилии

Forbes
Как убрать и подтянуть живот после родов. Упражнения и другие действенные способы Как убрать и подтянуть живот после родов. Упражнения и другие действенные способы

Какие упражнения и привычки в питании помогут быстро привести себя в форму?

Лиза
Как бессонница вдохновила бывшего консультанта придумать систему домашнего освещения, которая бережет ваши глаза (и психику) Как бессонница вдохновила бывшего консультанта придумать систему домашнего освещения, которая бережет ваши глаза (и психику)

Колин Биллингс терял сон

Inc.
Наушники со встроенным локатором распознали выражение лица по форме щек Наушники со встроенным локатором распознали выражение лица по форме щек

Инженеры разработали наушники, способные распознавать мимику лица пользователя

N+1
Мощный мотор и странные подножки. Тест-драйв Exeed TXL Sport Edition Мощный мотор и странные подножки. Тест-драйв Exeed TXL Sport Edition

Оправдывает ли Exeed TXL с новым турбомотором такое громкое заявление?

РБК
Легко сказать: 9 простых (на деле — не очень) правил, которые помогут стать здоровее и счастливее Легко сказать: 9 простых (на деле — не очень) правил, которые помогут стать здоровее и счастливее

Советы, которые помогут понять: жизнь лучше, чем кажется

Правила жизни
Грибы-скороспелки Грибы-скороспелки

Среди грибов встречаются виды, которые быстро растут и так же быстро исчезают

Наука и жизнь
Почему легкие свистят и стоит ли переживать по этому поводу? Почему легкие свистят и стоит ли переживать по этому поводу?

Свистящее дыхание — обычное явление, с которым сталкивается большинство из нас

TechInsider
«Вещная жизнь: материальность позднего социализма». «Вещная жизнь: материальность позднего социализма».

Отрывок из книги «Вещная жизнь» — о том, как железо в СССР было связано с силой

N+1
Неожиданно дорогие советские вещи, которые можно найти у себя на чердаке Неожиданно дорогие советские вещи, которые можно найти у себя на чердаке

Шанс найти или случайно добыть нечто стоящее совсем не иллюзорен

Maxim
Рипофобия: когда стремление к чистоте превращается в одержимость Рипофобия: когда стремление к чистоте превращается в одержимость

Что такое рипофобия и как с ней справиться?

Psychologies
Как справиться с источниками негатива в нашей жизни: 3 совета Как справиться с источниками негатива в нашей жизни: 3 совета

Как найти источники негативного влияния и нейтрализовать их?

Psychologies
Праведник из камеры смертников: как убийца чуть не получил Нобелевскую премию за детские книги Праведник из камеры смертников: как убийца чуть не получил Нобелевскую премию за детские книги

Преступник, который выдвигался на Нобелевскую премию девять раз

The Voicemag
Внимание, черный ящик. Как и зачем исследовать логику нейросетей Внимание, черный ящик. Как и зачем исследовать логику нейросетей

Как и зачем исследовать логику нейросетей

N+1
«Я стесняюсь говорить о своих желаниях»: как преодолеть робость и получать от окружающих то, что нам нужно «Я стесняюсь говорить о своих желаниях»: как преодолеть робость и получать от окружающих то, что нам нужно

Как справиться с нерешительностью?

Psychologies
Открыть в приложении