Участие обратной транскриптазы в образовании комплиментарной ДНК на вирусной одноцепочечной РНК-матрице в животной клетке

При «заглатывании» вируса клетка стремится «переварить» его специальными ферментами клетки. «Война» может быть закончена миром, если клетке не удастся подобрать ключ – соответствующий фермент для растворения белковой оболочки. В случае же наличия в клетке подходящего фермента происходит трагедия. Фермент разрушит чехол вируса, освободит замурованную пленницу – нуклеиновую кислоту, которая по клеточным каналам быстро доберется до ядра клетки и проникнет в него или останется в цитоплазме. Вот с этого момента начинается размножение вируса. Дальше все понятно. Клетка будет разрушена.

«Иноземка» на чужой территории заставляет «государственный аппарат» работать на себя – производить свои копии. Как это происходит?

Вирусная нуклеиновая кислота, подавляя производство молекул клетки, вынуждает клетку производить вирусы. Вначале оккупированная клетка начинает синтезировать ферменты – полимеразы, снимающие копии с нуклеиновой кислоты вируса. Таким образом происходит редупликация, совершающаяся в разных частях клетки, в зависимости от вируса. При образовании достаточного количества вирусных нуклеиновых кислот часть из них отправляется на «фабрику белков» клетки. Рибосомы теперь вынуждены синтезировать вирусные белки вместо собственных. Оставшаяся часть вирусных нуклеиновых кислот идет на производство дочерних вирусов.

Жизненный цикл бактериофага: 1 – одна молекула двухцепочечной ДНК; 2 – хвостовые нити; 3 – сократившийся чехол; 4 – шипы отростка; 5 – ДНК; 6 – пустая белковая оболочка; 7 – ДНК фага; 8 – ферменты фага; 9 – бактерия (хозяин); 10 – ДНК хозяина (двухцепочечная)

Этот процесс размножения не сравним с размножением у других биологических видов. «Происходит смерть ради жизни» (В.М. Жданов): при попадании в клетку вирус вначале разрушается, его нуклеиновая кислота делает заготовки частей будущих вирусов и, наконец, происходит сборка произведенных деталей.

Как правило, размножение вирусов осуществляется вблизи клеточной оболочки. Новые вирусы выходят наружу. При выходе фагов происходит лизис бактериальной клетки. Вирусы полиомиелита, энцефалита и оспы вызывают быструю гибель клетки, сопровождающуюся выходом большого количества вирусов. Большинство же вирусов до гибели клетки успевают проделать несколько циклов размножения. В результате этого истощенная клетка разрушается.

Возможны два типа взаимодействия вируса с клеткой: острая и латентная инфекция. В первом случае процесс инфицирования протекает быстро и приводит к гибели клетки. Во втором развивается хроническое течение инфекции. Внешне клетка выглядит здоровой. Понятно, что в этом случае заболевание трудно выявить.

Как происходит гибель клетки при острой вирусной инфекции? Электронный микроскоп позволяет поэтапно проследить этот процесс на культуре клеток.

Вначале, после контакта с вирусом, клетки теряют свою форму – сморщиваются и округляются. Происходит их постепенное разрушение. В конце концов, все клетки погибают. На «поле боя» – потерявшие форму останки погибших клеток. К такому финалу приводят вирусы оспы, полиомиелита, ящура, уже знакомые вам бактериофаги и др.

В клетке, инфицированной вирусом, вследствие его размножения нарушается обмен веществ. Это, как правило, приводит к зависящим от типа вируса изменениям структуры и функций клетки, состояния самой клетки, ее вида и условий окружающей среды. Возможны следующие варианты:

1) потеря способности к размножению, росту, что приводит к медленной гибели;
2) перерождение нормальной клетки в раковую;
3) слияние нескольких клеток в одну большую многоядерную клетку – симпласт.

Абу Али Хусейн Ибн Абдаллах Сина (Авиценна)

Каждая инфицированная одним вирусом клетка производит около 2 тыс. новых вирусов. Небольшая группа клеток (11) произведет примерно 22 тыс. вирионов, способных атаковать соответственно 22 тыс. здоровых клеток. В свою очередь эти клетки дадут 44 млн новых убийц. Во время следующего цикла размножения число вирусов возрастет уже до 88 млрд, каждый из которых может убить здоровую клетку. Впечатляющая цифра!

Мы уже знаем, что вирусы могут вызывать либо хроническую, либо острую инфекцию. В первом случае вирус, проникший в клетку, не выдает своего присутствия. Соответственно и инфицированная клетка по виду не отличается от нормальной. Вирус может интегрироваться в ДНК клетки и при делении передаваться ее потомству. Следовательно, клетка при делении воспроизводит вирус. Интегрированный вирус невозможно обнаружить и выделить из клетки.

В опытах in vitro на культивируемых клетках человека удалось воспроизвести хроническую инфекцию вирусом гриппа. Оказалось, что через несколько поколений в культивируемых клетках происходило постепенное исчезновение признаков заражения. В конце концов вирус исчезал и не проявлял своего присутствия в течение продолжительного времени. Но затем внезапно наступала быстрая гибель клеток, свидетельствующая о неожиданном «возвращении» вируса. «Беглец» изменился, стал более агрессивным, приобрел новые губительные для клеток свойства. Изменились и клетки. Они приобрели способность к безудержному росту, т.е. стали злокачественными.

Новые данные породили новые вопросы. Происходит ли на самом деле интеграция генома вируса в геном клетки? Почему происходит повторная активация вируса и его выход из «подполья»?

Дальнейшие исследования провели на субклеточных структурах, выделенных из клеток, инфицированных арбовирусами. Арбовирусами называют вирусы четырех семейств (тогавирусы, буньявирусы, реовирусы и рабдовирусы), передающиеся при укусе кровососущими насекомыми. Нормальный арбовирус состоит из трех частей: нуклеиновой кислоты – РНК, внутренней белковой и внешней белково-липидной оболочек. Внутреннюю оболочку образуют специфические белки, а внешнюю – наружная мембрана клетки.

У субклеточных структур – незрелых вирусов – нет оболочки. Они состоят только из вирусной РНК и специфических вирусных белков и представляют собой так называемые рибонуклеопротеиды (РНП) – комплексы нуклеиновой кислоты и белка.

Впоследствии было открыто, что РНП вызывает инфицирование. При выделении субклеточных структур из инфицированных клеток были получены еще три типа РНП. При введении в здоровые клетки все четыре типа РНП вызывали образование нормальных вирусов.

Как объяснить полученные результаты? Вирусологи предположили, что кроме истинно вирусного комплекса РНК–вирусный белок были получены гибридные РНП – молекулярные химеры, у которых нуклеиновая кислота прикрыта не только вирусными белками, но и клеточными. Для доказательства этого предположения из нормальных вирусов выделили РНК, добавили ее к белкам неинфицированных клеток и получили РНП.

При внедрении чужеродного белка организм человека вырабатывает защитные антитела, способные найти и нейтрализовать «пришельца». Гораздо сложнее антителам найти и обезвредить псевдовирус – гибридный РНП. Гибридные РНП приобретают выраженную устойчивость к их действию. Не исключено, что именно этим объясняется устойчивость незначительной доли вирусов к действию антител и в естественных условиях.

Однако не все так безнадежно. В клетках имеются ферменты нуклеазы, расщепляющие попавшие в клетку нуклеиновые кислоты. Нуклеазы не могут расщепить нуклеиновую кислоту, находящуюся в комплексе с белками. Но при заражении клеток вирус «раздевается», оставляя «белковый плащ» снаружи. Кроме того, при вирусной инфекции активность нуклеаз возрастает, поэтому теоретически они могут атаковать и расщепить «голую» вирусную нуклеиновую кислоту.

Тем не менее вирусные инфекции возможны вследствие способности нуклеиновой кислоты вируса образовывать гибридные комплексы с клеточными белками, защищающими ее от нуклеаз. К этой проблеме мы еще вернемся.