Тайны вирусов

...тысячи лет идет эта тихая невидимая война человека и вирусов...

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

Вирусная диета клетки

Вирусная диета клетки

Расточительный постоялец

Как это нередко бывает в науке, все началось с недоразумений. Одна группа ученых утверждала, что клетки, зараженные вирусами, худеют, другая - полнеют. Были и третьи, которые говорили, что количество основных веществ при вирусной инфекции вообще существенно не изменяется. Последнее подкреплялось теми соображениями, что валовой урожай всех вирусных частиц обычно не превышает 1-2 процентов, максимум 5 процентов от основной массы клетки.
По мере углубления этих исследований оказалось, что, в общем, все исследователи по-своему правы. Дело в том, что любая зараженная клетка проходит и период похудения, и период потолстения. А если эти два периода смешать, то окажется, что она вообще не отличается от здоровой. Эта путаница усугублялась еще и тем, что в каждом случае была использована различная доза вируса, а следовательно, значительно колебался процент зараженных клеток.
Первое потолстение клетки наблюдается довольно рано, в первые два часа после заражения. Но это нездоровая полнота. В этот период, как мы уже знаем, происходит "раздевание" вируса и образуются его ранние белки. Их количество в клетке может быть весьма велико.
После того как вирус парализует работу клетки, наблюдается резкое похудение клеток за счет уменьшения количества РНК и белка. Это происходит не столько из-за приостановки новообразования этих продуктов, сколько в связи с усилением процессов распада в больной клетке. Опыты показали, что в этот период внешние стенки клетки становятся дырявыми как решето и белковые молекулы в массе выходят во внешнюю среду.
После того как период двоевластия закончен и законное "правительство" клетки низложено, вирус начинает проводить в жизнь свою программу. Жизненное кредо вируса: сам живи, другим не давай жить! С этой точки зрения вирус ведет в клетке самое варварское и расточительное хозяйствование: все ресурсы клетки использует лишь на образование новых вирусных РНК и белков.
Как же происходит построение вирусных РНК, которое, несомненно, предшествует образованию белковых оболочек? Прежде всего следует иметь в виду, что когда к молекуле РНК вируса пристраиваются свободные нуклеотидные основания клетки, то получается негативный текст типа: нога - агон.
Таким образом, вместо определенного слова образуется бессмысленный набор букв. В связи с этим вирусологи постулировали так называемый асимметричный полуконсервативный синтез вирусной РНК. Что это такое? Представьте себе игру. Две команды белых и черных образуют цепочки пар, при этом соединяться в пару могут только противоположные цвета. Если к черной цепочке все время будут подстраиваться белые игроки, то постепенно они вытеснят других, уже соединившихся белых. Таким образом, избирательно образуются одна за другой только белые цепочки.
А теперь - как эта теория подтверждается практикой. Из клеток, зараженных вирусами, методом ультрацентрифугирования были получены очень крупные (по масштабам макромолекул) частицы, которые получили название репликативного комплекса. Их исследование показало, что они-то и являются такими агрегатами молекул, в которых происходит выращивание положительных цепочек вирусных РНК. Таким образом, гипотеза обрела право на существование.
Но при всем этом в клетке никогда не образуется более 1-2 процентов чисто вирусных РНК, а опыты, проведенные в лаборатории патоморфологии и цитопатологии Свердловского научно-исследовательского института вирусных инфекций показали, что в этот период клетка содержит РНК почти в полтора раза больше нормы. Чтобы разобраться в этом противоречии, снова обратимся к помощи уже известного антибиотика актиномицина D. Его использование практически не уменьшило высокого содержания РНК в пораженных клетках. Следовательно, образование этих макромолекул зависело не от клеточной информации, а от вирусной. Стало ясно, что размножение в клетке вируса сопровождается избыточным накоплением РНК. Такая же закономерность наблюдалась и для белка.
Вероятней всего, эти "лишние" молекулы РНК и белка выполняют роль строительных лесов и необходимы для быстрейшего построения вирусных частиц. Во всяком случае, одной из насущных задач современной вирусологии является выяснение природы и значения изменений, которые происходят в зараженной клетке. Эти изменения касаются не только биохимических процессов, но и морфологического строения клетки, так как относительно недавно было доказано, что под действием вируса происходит перестройка клеточных оболочек. Оказывается, вирус гриппа и родственная ему группа паразитов выходят из клеток только в тех местах, где клеточная стенка изменена по их образу и подобию.
Но мы забегаем несколько вперед. Пока что в зараженной клетке имеются порознь вновь образованные вирусные РНК и белки ее будущей оболочки. Последние образуются также на клеточных полисомах, где роль информационных макромолекул выполняет вирусная РНК. Такие полисомы крупнее обычных. Они объединяют до 30-40 рибосом, в то время как в незараженной клетке не более 10-15. Это связано с тем, что вирус отпечатывает все свои белки в виде одной длинной макромолекулы. Затем происходит ее расщепление на отдельные куски. Так, например, вирус полиомиелита имеет в составе своей оболочки четыре типа белков. Предполагают, что процесс расщепления белковой молекулы проходит не стихийно, а контролируется специальным "скусывающим" ферментом.
Процесс же соединения вирусных РНК и белков происходит, наоборот, спонтанно. Такой вывод был сделан на основании того, что композиция вирусных частиц определяется минимальной энергией, которая нужна для образования белкового футляра вокруг стержня РНК. Такой процесс сходен с организацией и ростом кристаллов. В результате этого обычно образуются частицы либо сферической, либо спиральной формы.
В этом неконтролируемом процессе нередко возникают накладки. Они связаны прежде всего с тем, что в некоторых случаях образуется больше вирусных РНК, чем белков оболочки, а в других случаях - наоборот. Когда не хватает белковых молекул, чтобы "одеть" каждую вирусную частицу (вирион), то из клетки может выходить голая вирусная РНК, которая, кстати, сохраняет свою инфекционность.
Если образуется избыток белковых частиц вируса (капсомеров), то они, соединяясь между собой, могут образовывать неполный вирус. Под электронным микроскопом такие дефектные частицы имеют вид бубликов - оптически пустых внутри дисков. Само собой разумеется, что такой неполный вирус "без жала нуклеиновой кислоты" не может вызвать заболевание, поскольку инфекционные свойства всецело зависят от вирусной РНК (или ДНК). Зато такие "бессердечные" частицы вызывают в организме образование антител, которые борются с инфекцией.
После того как вирусные частицы образовались в достаточном количестве, они покидают старого хозяина и проникают в соседние здоровые клетки.
Выходят вирусы из клетки по-разному. Одни взламывают стенки и разрушают до основания гостеприимный приют, другие покидают его тайком по системе внутренних канальцев. Но так или иначе при острой вирусной инфекции клетка-хозяин погибает.
И не так просто объяснить, отчего это происходит. Почему после выхода вируса гибнет клетка, которая внешне, казалось бы, совсем не пострадала от нашествия? В последние годы по этому поводу была выдвинута весьма остроумная гипотеза. Вспомним, что само присутствие вируса в клетке приводит к клеточному параличу. Таким образом, даже после выхода паразита во внешнюю среду, а он выходит зачастую далеко не полностью, клетка не в состоянии оправиться от шока. Она пребывает в оцепенении до тех пор, пока не наступает естественный распад ее структур. Эта мысль подтверждается опытами. В живую клетку вводили убитый вирус; одно его присутствие приводило к блокированию обмена веществ и вследствие этого - резкому похудению клетки.
Таким образом, знатоки своего дела - вирусологи в процессе длительного исследования установили, что в случае острой инфекции вирус всегда ведет себя как убийца клеток.
В этой главе рассказано только о поражении клеток РНК-содержащими вирусами. Большая группа вирусов с "начинкой" из дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК вызывает сходное поражение в клетках, но имеет и свои особенности. К таким паразитам относятся вирусы оспы, герпеса, аденовирусы и многие другие. Для них характерно образование специальных молекул вирусной РНК, которая выполняет роль посредника при синтезе вирусных белков на рибосомах клетки. Кроме того, в пораженной клетке происходит интенсивное удвоение вирусных ДНК, в результате чего содержание этого вещества в клетке значительно возрастает.
Каждый вирус, конечно, имеет свои "причуды" и "капризы", которые необходимо понять и изучить. Собирая отдельные крупицы знаний, вирусологи пытаются определить уязвимые места у невидимых противников, а значит - найти правильные способы борьбы с ними.