Квантовые пакеты жизни

Три кольца вирусного "контактного" белка.
Иллюстрация из журнала Science

До сих пор ученые спорят: можно ли считать вирусы живыми и уж тем более организмами? Тем не менее бесспорно, что любая нуклеиновая кислота способна к эволюционным изменениям, иногда весьма нежелательным для человека. Это лишний раз на примере лямбда-вируса, инфицирующего кишечную палочку (Е.соli), доказали сотрудники Мичиганского университета в США.

Напомним, что вирусы являются эдакими «квантовыми пакетами» жизни, несущими в своих протеиновых оболочках нуклеиновый заряд, способный проникать в клетку. Отвечают за это поверхностные белки вирусной оболочки, которые должны эволюционировать, подстраиваясь к новым комбинациям «наружных» протеинов клеточной мембраны.

Интерес к статье исследователей, опубликованной в журнале Science, весьма оправдан на фоне сообщений из лабораторий США и Нидерландов, в которых создали новую весьма опасную «версию» птичьего гриппа, который, правда, пока за пределы лабораторных колб не вырвался (см. «НГ-наука» № 2 от 08.02.12). Тем не менее «дизайнеры» нового вируса полагают, что, для того чтобы новый «птичник» стал опасным для человека, необходимо внести в его геном всего лишь пять мутаций, местоположение которых известно. Тем более что вирус может «добрать» их сам просто в результате благоприятных условий для постепенного мутирования (ведь «выстрелил» он уже в 1918 году знаменитой испанкой!)

Вирусная адаптация-приспособление – важнейшая составляющая вирусной эволюции. Обычно на каждый «шаг» в ее направлении требуется не менее четырех мутаций одновременно. Даже при наличии этих мутаций, но не собранных совокупно, вирус не проникает в клетки. Квартет же изменений позволяет вирусу использовать как старые «наработки», так и новые пути взаимодействия с клеточной оболочкой.

Ученые из Мичигана показали, что весьма важным является процесс коэволюции, или параллельных изменений как со стороны вируса, так и клетки. Коэволюция благоприятствует инновационным изменениям обоих геномов, которые быстро выводят популяции на пики приспособляемости. Все это очень красиво в теории, а что же было в мичиганском эксперименте?

Использованный для опытов вирус относится к группе бактериофагов, открытых чуть ли не раньше самих вирусов. Название этой группы вирусов означает, что они «пожирают бактерии». Бактериофагов, как и микробов, много. Те, что относятся к группе лямбда, изучены на сегодня лучше всего.

Вирусы лямбда имеют протеин, предназначенный для распознавания клетки-хозяина, структура которого из трех колец сама по себе представляет красивую биологическую картинку. Этот белок отточил свои «проницательные» способности на поверхностном протеине LamB кишечной палочки. Однако та в последнее время обзавелась новым белком, OmpF, который препятствует проникновению бактериофага в Е.соli.

Буквально на глазах ученых вирус начал «забывать» старый LamB, которого на поверхности микробной клетки становилось все меньше, и все больше переключаться на новый. Раньше вирус «впрыскивал» свою ДНК в периплазму – пространство между двумя оболочками кишечной палочки, после чего нуклеиновая кислота проникала в клеточную цитоплазму. Новые мутации в вирусном геноме позволили ему преодолеть «инновационный» клеточный барьер, для чего потребовалось четыре мутации, так что теперь Е.соli для сопротивления вирусу необходимо вносить «поправки» в гены. Когда мутации возникнут, перед вирусом будет выстроена непреодолимая молекулярная преграда, и ему надо будет «выдумывать» что-то новенькое.

Так на молекулярном уровне и происходит эволюция, требующая все больших и больших «ухищрений» с обеих, а на самом деле значительно большего числа сторон. Теперь бы вот действительно вирус птичьего гриппа не вырвался за пределы лабораторий высоких уровней биологической безопасности…