Беседы о вирусах

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.

Одна молекула белка собирается на рибосоме за 20—30 секунд. Когда синтезируется достаточное количе­ство таких молекул, в процесс вступает ген-регулятор. Он дает сигнал, участок ДНК, ведающий синтезом одно­го из белков, выключается и не функционирует до тех пор, пока в клетке опять не возникнет потребность в этом белке.

Следовательно, в хромосоме здоровой клетки все участки ДНК работают по принципу «включено» — «выключено», непрестанно регулируя количество и на­бор синтезируемых белков, необходимых клетке в каж­дый момент ее жизнедеятельности. Основа всех нор­мальных процессов клеточного синтеза заключается в том, что они контролируются и направляются инфор­мацией, передаваемой как бы по конвейеру от ядерной ДНК к исполнительной (информационной) РНК клеток.

Но вот в клетку проникла вирусная нуклеиновая кислота. Она сразу же берет весь основной обмен клет­ки, все процессы синтеза под свой контроль.

Враг захватил завод, который в мирное время де­лал тракторы. Используя те же станки, оборудование и сырьевые ресурсы, враги заставляют рабочих завода де­лать танки для своей армии, чтобы захватывать все новые и новые города. Внутри зараженной клетки про­исходит, по существу, аналогичный процесс.

Вирусная нуклеиновая кислота ведет себя в клетке как агрессор. Информация, закодированная в вирусной РНК (или ДНК), служит для клетки более обязатель­ным и строгим «приказом», чем усилия собственных нуклеиновых кислот сохранять на каком-то уровне нор­мальную физиологическую деятельность организма. В течение многих часов, а иногда и дней после зараженная вирусная нуклеиновая кислота направляет все строительные запасы захваченной клетки на создание сотен и тысяч новых вирусных частиц.

Клетка превращается в фабрику по сборке своих убийц. Именно убийц, потому что вирусное потомство стремится выйти наружу и разрывает или расплавляет при этом клеточную оболочку, наступает гибель клет­ки-хозяина.

Вирус использует строительные ресурсы и фермент­ные системы клетки для своих нужд, а затем уничто­жает ее, чтобы на следующем этапе инфекции зара­зить, а следовательно, и уничтожить сотни и даже ты­сячи новых клеток.

После заражения клеток различными вирусами в первую очередь формируется особый белок (ученые на­звали его белок-ингибитор), подавляющий нормальное функционирование клеточных ДНК. Он прекращает передачу информации, необходимой для нормальных клеточных синтетических процессов.

Примерно в это же время формируется фермент, разрывающий полисомные комплексы, на которых шла сборка клеточных белков. Теперь уже клетка собствен­ных белков не производит. Кроме того, и это является самым важным, синтезируется фермент полимераза (другое название — синтетаза), необходимый для сня­тия копий с внедрившейся в клетку вирусной РНК.

Для дальнейшей судьбы вируса именно стадия обра­зования полимеразы является жизненно необходимой, потому что копии РНК будут использованы в качестве начинки при сборке новых вирионов. Синтезированные в клетке специфические вирусные РНК служат также матрицами, на которых строятся белковые части вирио­на — его капсомеры.

Предполагают, что молекулы нуклеиновой кислоты для будущих вирусных частиц строятся в ядре заражен­ной клетки, а белковые футляры — в цитоплазме. Затем происходит формирование «полного», то есть зрелого, вируса. На внутренней поверхности клеточной оболочки завершается объединение вирусной нуклеиновой кисло­ты (РНК или ДНК) с белковым чехлом. Этот процесс идет одновременно во многих участках и заканчивается созреванием большой массы высокозаразных частиц.

Иногда в клетках вырабатывается больше молекул одного биополимера, чем другого. Если в зараженной клетке сформировался избыток вирусного белка, его мо­лекулы образуют оболочку вируса, не начиненную РНК (которой для этого просто не хватило). Эти структуры, называемые «неполным» вирусом, выходят из клетки, и их можно увидеть в электронном микроско­пе. Они похожи на бублик с дыркой посредине. Есте­ственно, что такой «неполный» вирус не обладает инфек­ционными свойствами, которые полностью зависят толь­ко от РНК.

— Итак, инфекционные свойства вируса связаны с его нуклеиновой кислотой.

— Да, и это было доказано в нескольких крупней­ших лабораториях мира.

— А какова же роль белка?

— Он защищает нуклеиновую кислоту от внешних воздействий и помогает вирусу внедриться в клетку.

Четверть века назад, в 1952 году, известнейшими американскими биохимиками Э. Херши и М. Чейз при изучении бактериофагов впервые было показано, что нуклеиновые кислоты играют главную роль в репродук­ции вирусов. В отличие от всех остальных вирусов бак­териофаги не проникают в клетку своего хозяина — мик­роба, а лишь прикрепляются к его оболочке. Наблюдая с помощью электронного микроскопа за различными стадиями взаимодействия между бактериофагами и бак­териями, ученым удалось увидеть, как фаг вводит внутрь микроба свою нуклеиновую кислоту. Весь белковый че­хол, которым бактериофаг прикрепился к оболочке мик­роба, остается снаружи. Фотографии, полученные уче­ными, обошли весь мир, опровергая прежние утвер­ждения о ведущей роли белка в передаче наследствен­ной информации.