От картофеля к печени
После столь углубленного экскурса в историю, может быть, стоило бы немного расслабиться и поговорить о еде. Как упоминалось ранее, во многих растениях есть вироиды, способные вызывать болезни. Они присутствуют в продуктах питания и вредят здоровью человека. Но они не встречаются в организме человека – так думали люди. Однако один вироид все же остался. Никто не понял, откуда он появился. Существует вироид веретеновидности клубней картофеля (PSTVd). Возможно, он присутствовал в каком-нибудь блюде из картофеля или это были вироиды, содержащиеся в огурцах или помидорах.
В итоге он оказался в печени вместо того, чтобы продвигаться по желудочно-кишечному тракту и выйти из организма с калом. Считается, что вироиды для человека совершенно безвредны – за исключением этого. РНК вироида, должно быть, удивительным образом получила доступ к печени вместо того, чтобы попасть в кишечник. Она стала вирусом гепатита дельта (HDV). Джон Тейлор из Онкологического центра Фокс Чейз (Филадельфия, США) исследовал происхождение этого вируса и предположил указанный способ его попадания в организм. Когда это произошло? Несколько сот лет назад? Ответ на этот вопрос не вполне ясен. HDV – каталитически активный «молотоголовый» (hummer-head) рибозим, у которого РНК может присоединиться – по крайней мере теоретически – в виде «головки молота». РНК находится в белковой упаковке. Эта оболочка принадлежит другому печеночному вирусу, а именно вирусу гепатита В (HBV). Таким образом, оболочка позаимствована, а не самозакодирована, как и у всех других вироидов, которые являются некодируемыми нкРНК. После того как эти вирусы встречаются, они вместе реплицируются в печени. Тогда HBV отдает HDV часть своих молекул белковой оболочки, как святой Мартин из известной христианской легенды, который разорвал пополам свой плащ, чтобы поделиться им с нищим, – сюжет, присутствующий в росписях многих готических храмов, например Базельского кафедрального собора. Это имеет важные последствия: оболочечный вирус может образовывать частицы и покидать клетки печени, инфицируя другие клетки и даже других людей, а не просто ограничиваться перемещением внутри растений! Если человек заражен этими двумя печеночными вирусами – HDV и HBV одновременно, последствием может стать серьезное печеночное заболевание и рак с показателем смертности 20%. Такая комбинация часто ассоциируется с ВИЧ, и в этом случае риск для пациента повышается. В Германии ежегодно отмечается 18 таких случаев. К счастью, это низкий показатель, что, возможно, является результатом широкого распространения вакцинации от вируса гепатита В среди населения. Исследования рибозимов, похожих на гепатит D, свидетельствуют о наличии родственных связей с бактериями, вирусами насекомых и дрожжей, помимо растений. Однако второй HDV-подобный рибозим в организме человека так и не был обнаружен. Какова функция этих рибозимов? По крайней мере это единственный подобный вироид у человека, и это хорошая новость, поскольку нам не придется отказываться от «полезных» овощей.
Вокруг существует очень мало других редких типов вироидов, например один ретровироид, обнаруженный не в печени, а в цветах гвоздики. Он называется малым вироидом гвоздики (Carnation Small Viroid, CarSV). Источником обратной транскриптазы является параретровирус гвоздики – вирус растений, который копирует рибозим в ДНК. Он патогенен для цветов – следует помнить, что вирусы обнаруживают именно при проявлении болезней. Возможно, здесь присутствовал коммерческий интерес лиц, занимающихся промышленным выращиванием гвоздики, которые хотели избавиться от болезненных гвоздик и обнаружили этот странный вирус. Цветочный вироид лишился своей каталитической активности и более был не способен расщеплять РНК. Это вовсе не редкое явление для вироидов. В зависимости от условий среды они становятся «ленивыми» (теряют каталитическую активность), но нуждаются в помощи. В цветах так же, как и в печени, происходит своего рода синергия между двумя вирусами, например вироидом и ретровирусом (в одном случае они делят одну оболочку и обратную транскриптазу – в другом). Почему? В мире вирусов, как и в биологии в целом, все развивается методом проб и ошибок. Синергизм, или мутуализм, или социальное поведение, или симбиоз – очень успешные стратегии для всех живых организмов, включая вирусы.
На конгрессах я спрашивала у своих коллег, знают ли они что-нибудь о ретрофагах. Я думаю, они должны были существовать и даже в большом количестве до того, как в процессе эволюции развились все ДНК-содержащие фаги, видимо, из РНК и ретровирусных посредников. Если существуют ретровироиды, почему бы не существовать ретрофагам? Мне удалось найти один (!) такой ретрофаг, известный молодым мамам и сопровождающий бактерии, вызывающие коклюш, – Bordetella pertussis. Этот микроб инфицирует маленьких детей, вызывая страх у их матерей. У ретрофага даже нет названия! Обратная транскриптаза, работа которой, как известно, подвержена ошибкам, позволяет фагам найти нового хозяина (она оказывает мутирующий эффект на ген, ответственный за выбор бактерии-хозяина; это явление называется тропизмом или диапазоном хозяев; MDT – ген основного детерминанта тропизма).
Этот пример заслуживает упоминания, потому что показывает, как вирусы находят нового хозяина: это происходит из-за ошибок, «неверности» и «разгильдяйства» обратной транскриптазы. Это хорошо известный факт в отношении ВИЧ – он «убегает» из одного типа клетки, где обосновался на начальном этапе инфицирования, в другую клетку на поздних этапах (клетки с рецепторами CCR5 и CXCR4) и мутирует быстрее, чем на это может отреагировать иммунная система.
Вирусы являются двигателями эволюции, так же как и фаги бактерий. Вирусы и фаги – родственники. Рискованно ли предположить, что ДНК-фаги когда-то «начинались» как РНК-фаги? В главе 12 этот вопрос рассматривается, исходя из скорости репликации. А потом – и случилось это очень давно – РНК-содержащие фаги или ретрофаги устарели! Но матерям кашляющих детей все эти «сказки» о ретрофагах, к сожалению, мало полезны.
Вирус табачной мозаики
Когда более 30 лет назад возникло Общество вирусологии, в Германии не было ни одного специалиста по вирусам растений, который мог бы стать членом этого общества. Вироиды не считались вирусами! Поэтому исследователи вироидов в члены общества не допускались. Это еще более удивительно потому, что первым открытым вирусом растений был вирус табачной мозаики (ВТМ). В 1898 г. Мартин Бейеринк показал, что фильтрат из листьев табака, зараженных этим вирусом, содержит агент, который инфицирует здоровые листья. Он ввел понятие «вирус», чтобы отличить его от более крупных бактерий. Он всегда ссылался на своего учителя русского ученого Дмитрия Ивановского, который начал это исследование на несколько лет раньше, но всегда считал, что имеет дело с бактериями, а не с новым агентом. ВТМ внутри клеток похож на штабель бревен, уложенных параллельно друг другу. Вирусы образуют паракристаллические агрегаты и немного похожи на кристаллы. В 1930 г. Хельмут Руска при помощи электронного микроскопа впервые наблюдал длинные «кристаллиновые» структуры. Но не он, а его брат Эрнст много лет спустя получил Нобелевскую премию за усовершенствование конструкции электронного микроскопа за счет использования магнитных линз вместо стеклянных. Здание его института в Берлине-Далеме построено на толстых фундаментных плитах для нейтрализации вибрации от проходящих поездов подземки. Вирус табачной мозаики кристаллизуется почти самостоятельно и является примером эффективной самоорганизации вирусов. В 1946 г. Уэнделл Стэнли из Нью-Йорка получил Нобелевскую премию за структурный анализ.
