Александр Смородинцев - Беседы о вирусах

Аминокислоты вирусного чехла соединены друг с другом последовательно в различных сочетаниях и образуют линейные цепочечные структуры (полипепти­ды). Их молекулярный вес варьирует от нескольких ты­сяч до сотен тысяч дальтон. Так, наружный слой вируса табачной мозаики образует 2200 «кирпичиков» белка совершенно идентичного состава, которые группируются в правильном порядке.

Структура различных вирусов отличается большей или меньшей степенью сложности. Если наиболее про­стые мелкие вирусы состоят только из обособленной мо­лекулы РНК и белка, то более крупные обладают и наружной оболочкой, своего рода «упаковочным конвер­том», в состав которого входят не только белки, но угле­воды и липиды (жировые вещества).

Наиболее сложно устроены бактериофаги («пожира­тели бактерий»). По форме они напоминают гимнасти­ческую булаву. В их шаровидной головке помещена нуклеиновая кислота. Длинный отросток булавы пред­ставляет собой полый чехол, построенный из молекул белка. С помощью этого отростка бактериофаг прикреп­ляется к оболочке или к жгутикам бактерий, внедряет конец отростка в цитоплазму микроба и впрыскивает, как через шприц, свою нуклеиновую кислоту.

Белки, входящие в состав любого вируса, отличают­ся по структуре от белков поражаемых клеток. Каждый белок является антигеном, то есть веществом, способ­ным вызвать образование антител. Разница в строении молекул вирусного белка и клеточного ведет к тому, что при введении животному эти белки вызывают обра­зование совершенно разных антител, реагирующих толь­ко со своими антигенами. Антитела против клеточных белков соединяются только с ними и не соединяются с вирусами. Антитела против вируса не реагируют с белками клетки. Именно благодаря таким различиям специальные лабораторные приемы позволяют распо­знать   присутствие вируса внутри зараженной клетки.

— Если у вирусов есть только нуклеиновая кислота и немного защитного белка, то как же они размно­жаются?

— В этом главная загадка вирусов. Полное отсут­ствие ферментов, необходимых для синтеза белков и нуклеиновых кислот! А потомство воспроизводится с не­обычайной быстротой.

— Как же совместить несовместимое?

— Чтобы понять, нужно увидеть. Вирусологи затра­тили на это 15 лет.

Известно, что в клетках растений или животных на­следственные функции несет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), а рибонуклеиновые кислоты (РНК) выполняют чисто вспомогательные. Однако у многих вирусов ДНК вообще отсутствует, геном состоит из мо­лекулы РНК, причем не только в однонитевой, но и в двунитевой форме, чего нет у других живых существ на земле.

Простота организации вируса подтверждается не­большим количеством генетического вещества, а следо­вательно, и заключенного в нем объема генетической информации по сравнению с клеткой-хозяином, в кото­рой вирус размножается и которую подчиняет своим по­требностям.

Создается явное противоречие: вирус, имея объем ге­нетической информации, в тысячу раз меньший, чем сложно организованная клетка, никогда не оказывает­ся в подчиненном положении, а, наоборот, почти всегда побеждает. Это противоречит всем известным канонам. Понять это можно, лишь предположив, что у вирусов есть какие-то решающие преимущества перед клетка­ми, позволяющие легко их завоевывать и обращать в своеобразное рабство.

До открытия мира вирусов длительные наблюдения за различными микробами и любыми одноклеточными организмами позволили установить, что все они раз­множаются совершенно одинаково: путем непрерывно­го, обычно прямого деления, когда из одной клетки об­разуются две, из них — четыре и так далее.

В течение многих десятилетий процесс размножения вирусов объясняли по аналогии с привычным и так хорошо изученным размножением у бактерий. Непонят­ной оставалась лишь огромная быстрота, с которой он идет.

Если бы число вирионов увеличивалось даже с наи­большей скоростью, доступной для бактериальной клет­ки, то есть три деления в час, потомство вируса проде­лало бы за три часа девять последовательных делений и составило бы всего тысячу частиц. Однако факты не укладывались в эти расчеты, и приходилось допустить, что каждое деление вируса на две дочерние части­цы происходит не через 20 минут, а несоизмеримо бы­стрее.

Первым, кто подсчитал, сколько же вирусных частиц образуется в ходе размножения, был английский виру­солог К. Эндрюс. Заражая бактериофагами культуру бактерий, он установил, что одна частица бактериофага размножается в 100 тысяч раз быстрее бактерии, давая уже через три часа потомство в 100 миллионов частиц. Какого-либо объяснения для столь небывало быстрого темпа размножения вирусов никто в то время предло­жить не мог.

Решением этого интересного вопроса занялись мно­гие ведущие вирусологи мира. Вначале установили, что вирион не разделяется на две дочерние частицы, как это происходит со всеми известными на земле клеточ­ными формами. Далее выяснилось, что вирусы вообще не делятся и что у них есть свой особый механизм раз­множения, отличный от всех остальных живых су­ществ. Оказалось, что каждая вирусная частица сра­зу же «рождает» потомство в количестве от ста до ты­сячи и более новых вирионов.

Во всех странах мира ученые в одиночку и целыми коллективами вкладывали свою лепту в познание неви­димых процессов, происходивших внутри клеток бук­вально на молекулярном уровне. В итоге этих обшир­ных исследований удалось составить достаточно четкую схему последовательных этапов размножения, или, как чаще говорят, репродукции вирусов.

Все начинается с избирательной адсорбции вируса на особых рецепторах, расположенных на поверхности клеток. После этого некоторые вирусы, обладающие специальным ферментом проникновения, способным рас­творить клеточную оболочку (например, нейраминида­за вируса гриппа), внедряются внутрь, другие же клет­ка поглощает сама, приняв их за вполне съедобный белок.

Проникнув внутрь клетки, вирус исчезает в прямом смысле этого слова, и никакими самыми чувствительны­ми методами не удается обнаружить в клетке ни цель­ной частицы, ни отдельных ее компонентов. Ученые даже назвали эту стадию размножения вируса эклипсом, что соответствует русскому слову «затмение».

Разгадка этого парадокса получена совсем недавно. Оказалось, что в стадии эклипса вирусная частица рас­падается на белок и нуклеиновую кислоту. Такое «раз­девание» вируса, как это ни странно, производит сама клетка с помощью ферментов. Они   реагируют на про­никший вирус как на кусочек белковой пищи и ста­раются его растворить и переварить.

Все основные события последующих часов, опреде­ляющие сущность процесса размножения вирусов, связаны не с белковым компонентом вируса, а с нуклеи­новой кислотой. Именно она определяет весь ход даль­нейшего размножения вирусов.

В нормальных условиях жизнь клетки регулируется деятельностью ее собственных нуклеиновых кислот, ру­ководящих синтезом клеточных белков и других хими­ческих соединений. В хромосомах клетки содержатся многочисленные молекулы ДНК. Длинная молекула этой кислоты по своему строению несколько похожа на велосипедную цепь, закрученную в пространстве в виде спирали. Наследственная информация клетки о структуре всех без исключения белков, входящих в ее состав, записана в огромной полимерной нити, в двой­ной спирали молекулы ДНК. Она хранится в клеточном ядре.

Каждое звено цепочки ДНК — своеобразная ячейка, группа из трех генов, которая называется «оперон», так как она производит операцию выдачи заложенной в ней информации. Ведь каждый ген служит носителем ка­кой-то определенной наследственной информации. В од­ном из генов содержится информация о структуре и по­следовательности подбора молекулярных кирпичиков для синтеза строго определенной белковой молекулы, или молекулы фермента, или молекулы новой нуклеи­новой кислоты. Два других играют роли включателя и выключателя процесса считывания информации, зало­женной  в  первом  гене.

В нужный момент оперон получает импульс, посту­пивший от включающего гена-оператора. Происходит выдача информации, заложенной в ячейке и необходи­мой для синтеза новых молекул белка или нуклеиновой кислоты. С участков ДНК снимаются копии, чертежи поменьше. Это молекулы информационных РНК (иРНК). Они двигаются из ядра в цитоплазму, где на­ходятся рибосомы — своеобразные станки по производ­ству белка. В каждой клетке много тысяч рибосом. Диа­метры каждой 200—300 ангстрем, а молекулярный вес 2—5 миллионов дальтон.

Из нескольких рибосом информационная РНК. фор­мирует так называемый полисомный комплекс, своеоб­разную матрицу, на которой, как в типографии с на­бранного шрифта, начинается отпечатывание (реплика­ция) новых копий белковых молекул. Транспортные РНК (тРНК) подвозят к рибосоме строительные бло­ки — аминокислоты. Находящиеся на рибосомах иРНК (они крупнее тРНК) служат шаблоном, определяющим последовательность стыковки друг за другом каждой из привезенных аминокислот. Каждая тРНК присоеди­няется к определенному участку иРНК. Так вдоль всей молекулы иРНК в соответствии с заложенным в ней ко­дом выстраиваются молекулы тРНК с аминокислотами. В рибосоме эти аминокислотные блоки сшиваются друг с другом, их цепочка полимеризуется в молекулу белка.