Вирусы-мутанты помогают друг другу в борьбе за выживание
Уникальный вирус с резко пониженной скоростью мутагенеза помог ученым подтвердить сразу две важные гипотезы:
о необходимости интенсивного мутирования для выживания вирусных популяций и о возможности кооперации между разнообразными вирусами-мутантами.
Большинство вирусов, вызывающих болезни человека, - РНК-содержащие. Их наследственный материал хранится в форме РНК (а не ДНК, как у всех высших форм жизни). Среди немногочисленных белков, закодированных в геноме таких вирусов, присутствует фермент РНК-полимераза, синтезирующий новые копии вирусной РНК.
Популяции РНК-содержащих вирусов неоднородны: они состоят из целого набора генетически различающихся линий. Такие полиморфные популяции называют "квазивидами" - по аналогии с видами настоящих живых организмов, которые тоже всегда полиморфны. Процесс удвоения (репликации) вирусной РНК происходит с большим числом ошибок (мутаций), благодаря чему могут быстро возникать новые варианты вируса. У полиовируса на каждый акт репликации приходится в среднем 1,9 мутаций. При этом, конечно, появляется много нежизнеспособных вариантов, однако предполагается, что эти потери оправданы, поскольку высокая скорость мутирования помогает вирусам приспосабливаться к меняющимся условиям, в том числе к деятельности иммунной системы хозяина, новым лекарствам, переходам от одного хозяина к другому и из ткани в ткань.
Марко Виньюцци (Marco Vignuzzi) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (США) и его коллеги, изучающие РНК-содержащих полиовирусов (возбудителей полиомиелита), предположили, что дело здесь не ограничивается поиском оптимального для данной ситуации варианта генома методом "случайного тыка". Возможно, возникающие в пределах квазивида вариации могут помогать друг другу за счет разделения функций. Например, в одной линии может возникнуть мутация, повышающая скорость репликации вирусной РНК, в другой линии - другая мутация, повышающая, например, эффективность самосборки белковых молекул в вирусную оболочку - капсид. Поскольку обе линии живут и размножаются в одной и той же хозяйской клетке, они могут пользоваться "достижениями" друг друга: эффективная РНК-полимераза первой линии будет размножать и геномы второй, а более эффективные капсидные белки второй линии будут "упаковывать" и РНК первой. Не исключено, кстати, что совместить обе эти мутации в одном и том же геноме просто невозможно. Вирусный геном очень мал, и у него не так уж много степеней свободы (вариантов мутаций, совместимых с жизнью). Бывает даже, что вирусные гены перекрываются (у двух разных генов может быть общий кусок), так что изменения в одном белке неизбежно приводят к изменениям в другом.
Возможность экспериментальной проверки гипотезы о взаимопомощи среди вирусов появилась благодаря тому, что Виньюцци и его коллегам удалось обнаружить и выделить мутантную форму полиовируса со "сверхточной" РНК-полимеразой, совершающей очень мало ошибок при копировании РНК. Эта мутация (состоящая в замене глицина серином в 64-ой позиции РНК-полимеразы и получившая название G64S) возникла и закрепилась в ходе адаптации вируса к препарату рибавирину, резко повышающему (за пределы допустимого) скорость мутирования вирусов. В отсутствии рибавирина такие вирусы мутируют с аномально низкой частотой (0,3 мутации на геном вместо положенных 1,9).
Первым делом ученые проверили, действительно ли скорость мутирования важна для приспособляемости вирусов. Это подтвердилось: вирусы G64S приспосабливались к неблагоприятным условиям (лекарствам, ингибиторам) гораздо медленнее своих "диких" собратьев. Кроме того, вирусы G64S оказались неспособны проникать в спинной и головной мозг зараженных мышей, как это делают нормальные полиовирусы с высокой скоростью мутирования. Однако искусственное увеличение темпа мутагенеза (при помощи вышеупомянутого рибавирина) привело к тому, что вирусы G64S стали проникать в мозг и размножаться там. При этом полиморфизм вирусной популяции вырос, но мутация G64S сохранилась у всех линий.
Исследователи провели целую серию остроумных экспериментов, показывающих, что общая "эффективность" популяции вирусов зависит не от наличия в ней какой-то одной особо удачной линии, а от кооперативного взаимодействия нескольких разных линий, помогающих друг другу. Например, при помощи особых генетических меток - нейтральных мутаций, внедряемых в вирусный геном и позволяющих проследить судьбу отдельно взятой линии, - удалось показать, что вирусы G64S, сами по себе не способные проникать в мозг, успешно проникают туда в компании с другими вирусными популяциями - как "дикими", так и другими G64S, предварительно подвергавшимися действию искусственных стимуляторов мутагенеза. Следовательно, одни линии вирусов помогают другим преодолеть гематоэнцефалический барьер.
Этот и другие эксперименты блестяще подтвердили гипотезу о взаимовыгодной кооперации между разнообразными мутантами, составляющими вирусную популяцию - квазивид. Это означает, что эволюционирующей единицей является не отдельная линия и тем более не особь, а весь квазивид в целом, причем внутреннее разнообразие - залог успеха. Одна линия, даже самая совершенная, всегда будет проигрывать полиморфному квазивиду, включающему несколько взаимодополняющих линий.
|
Головин Александр Павлович
МАКСИМОВА Марина (МакSим)
GUF (Гуф)
АРШАВИН Андрей Сергеевич
АМИРОВ Саид Джапарович
МЕЛЬНИКОВА Даша
ЗАДОРОЖНАЯ Настя (Стася)
СЫЧЕВ Дмитрий
Влад Топалов
ДАФФ Хилари(Hilary Duff)
ШАТУНОВ Юрий Васильевич
