Поєдинок: «вірус-клітина»
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Боротьба з вірусами стала першочерговим завданням медичної науки. Але щоб боротися з ворогом, треба його вивчити, знати його звички, знати кожен його крок. Що ж нам відомо в даний час про віруси? Ми знаємо, що віруси — надзвичайно дрібні мікроорганізми, що займають проміжне положення між живою і неживою природою. Ми знаємо, що вони здатні розмножуватися, передаючи свої видові особливості потомству, тобто вони володіють спадковістю. Ми знаємо, що віруси не можуть існувати поза живого організму, поза клітини.
В основному віруси складаються з нуклеїнової кислоти, оточеної білком. Білок відіграє роль панцира, що оберігає носій спадковості — нуклеїнову кислоту від несприятливих впливів.
Ми правомочні розглядати взаємодію вірусу і клітини як взаємодію між двома макромолекулярними системами. Дійсно, саме вивчення системи «вірус — клітина» на молекулярному рівні виявилося надзвичайно плідним і дозволило зробити великий крок вперед у розшифровці механізмів вірусної інфекції.
Процес взаємодії вірусу і клітини надзвичайно складний і багатогранний. Цей процес прийнято розбивати на п’ять етапів — п’ять фаз.
I фаза — адсорбція вірусу,
ІІ фаза — проникнення вірусу в клітину,
ІІІ фаза – фаза екліпс
IV фаза — дозрівання вірусу
V фаза — звільнення вірусу з клітини.
Вже самі назви чотирьох фаз з п’яти говорять про те, що відбувається в цей час в системі «вірус – клітина». І лише назва одного з них — екліпс-фази, що в перекладі означає фаза затемнення, — не дає нам ніякого уявлення про процеси, що відбуваються в клітині в цей період. Що ж відбувається під час цієї загадкової фази? Чому в клітині почав здійснюватися синтез нового вірусу?
Мабуть, саме в ці миті в клітині сталася якась перебудова, клітина, перестала існувати як самостійна одиниця, стала виконувати функції «фабрики», що виробляє віруси.
Але ось на клітину нападає вірус. Після адсорбції і проникнення в клітину вірус «зникає» його нуклеїнова кислота звільняється від білкової оболонки, тоді в клітині стикаються два матеріальних носія спадковості, дві інформації, вірусний геном проти клітинного генома.
До чого може призвести це зіткнення? Теоретично можливі три варіанти. Перший: перемогу здобуде клітинна інформація, а чужорідна, вірусна інформація буде знищена. Клітина залишиться живою, вірус загине.
Другий варіант: перемогу здобуде вірусна інформація. Команди, записані у вірусній нуклеїновій кислоті, будуть виконуватися в першу чергу, клітина перетвориться в покірного слугу, який під керівництвом вірусної нуклеїнової кислоти буде створювати компоненти вірусів, з яких потім збереться цілий вірус. Остаточним підсумком цього варіанту буде загибель клітини і торжество вірусу.
Розглянуті два варіанти, суть крайні варіанти; може бути величезна кількість проміжних третіх варіантів. Середній з них — одночасна присутність і утилізація двох інформацій: співіснування вірусного та клітинного геномів.
Розглянути в одній статті всі деталі поєдинку «вірус — клітина» практично неможливо. Тому ми обмежимося лише розповіддю про те, що нам відомо в даний час про протікання екліпс-фази, вважаючи її тим поворотним моментом, який, по суті справи, визначає переможця поєдинку. Зауважимо відразу, що ми свідомо будемо розглядати взаємодію клітини і цитопатогених (тобто таких, що викликають загибель клітини) вірусів, що містять РНК. Іншими словами, переможець відомий заздалегідь: це вірус. Але ця перемога буде досягнута? Якщо ми зуміємо відповісти на це питання, з’явиться, нарешті, надія змінити співвідношення сил у цьому поєдинку.
До нападу вірусу клітина жила своїм життям. Вона являла собою будівельну армію, зайняту мирною працею. Накази, що виходять із штабу — ДНК, доставлялися зв’язковими — інформаційною РНК, на місця, де здійснювалося велике будівництво — синтез білка.
Вірус, що проник у клітину не міг дозволити їй продовжувати це «життя для себе». Справа в тому, що він не в змозі відтворюватися без сторонньої допомоги, так як не має власних необхідних ферментних систем. Щоб розмножитися, вірус повинен змусити клітину працювати на себе, для цього йому необхідно підпорядкувати клітину своєї (вірусної) інформації, змусити клітинну будівельну армію виконувати накази, що видаються у вірусному штабі — вірусній нуклеїновій кислоті. Яким же шляхом вірус може підпорядкувати собі клітину?
По-перше, можна розгромити «штаб» клітини, зруйнувати клітинний геном, знищити джерело клітинної інформації. Однак серії дослідів, проведених в різних лабораторіях з використанням різних вірусів і клітин, показали, що цей шлях малоймовірний.
По-друге, можна взяти в полон клітинний «штаб», заблокувати джерело інформації (ДНК), що, природно, запобіжить посиленню зв’язкових РНК. Цілком очевидно, що ефект блокування буде ще більшим, якщо одночасно вдасться не допустити виконання наказів в частинах, тобто перешкодити використанню вже наявної інформації в місцях її реалізації.
І дійсно, американський вчений Дж. Холланд, який працював в Сіетлі, опублікував статтю, в якій навів багато доказів на користь другого варіанту і того, що блокування клітинної інформації відбувається, ймовірно, на двох рівнях: на рівні транскрипції і на рівні трансляції.
Автор: І. Баландін.