Вот схематическое изображение вирусной РНК с положительной полярностью:
3’ПОЛЯРНОСТЬ5’
А вот – с отрицательной:
5’ЬТСОНРЯЛОП3’
Вирусы гриппа имеют РНК с отрицательной полярностью, которую для краткости называют «минус-цепь РНК».
И что вы прикажете делать вирусу, генетическая информация которого, образно говоря, вывернута наизнанку?
Такому вирусу нужно иметь особый фермент, который умеет работать с вывернутыми наизнанку матрицами. Этот фермент на основе «вывернутой» матрицы наделает правильные матрицы, комплементарные вирусной. И с этих правильных матриц будут делаться копии всех нужных вирусу РНК, от РНК-матриц для синтеза белков, до геномной РНК.
В ядре на «отрицательной» вирусной РНК синтезируются три типа РНК-матриц:
1. «Положительные» комплементарные матрицы, с которыми могут работать обычные ферменты. Эти матрицы из ядра никуда не выходят. Новые вирионы не забирают их с собой.
2. Матрицы для синтеза вирусных белков, которые выходят из ядра и отправляются в рибосомы.
3. Отрицательная вирусная геномная РНК для новых вирионов.
РНК-матрицы вируса гриппа не будут приняты в рибосомах клетки-хозяина как родные, если они не замаскируются под своих. Маскировка – непременное условие, без нее «гриппозные» белки на матрицах синтезироваться не будут. Поэтому вирусная РНК при помощи особого белка отрезает от клеточной РНК-матрицы конечный участок, который называется «шапочкой» или же «кэпом» (от английского слова «cap» – «шапка»). После того, как «шапочка» надета, можно отправляться в рибосому и запускать там синтез вирусных белков. В рибосомах чужаки в «родных» шапочках будут приняты с распростертыми объятиями и получат все необходимые материалы для создания собственных белков. «На воре и шапка горит» – это про вирус гриппа сказано.
Эволюционный смысл «отрицательных» вирусных нуклеиновых кислот неясен. Но почему-то так нужно, иначе бы в ходе эволюционного процесса, который у вирусов, с их частыми мутациями, мчится вперед на всех парах, «отрицательные» молекулы ДНК и РНК были бы заменены на положительные. Это сделать несложно, достаточно мутации, в результате которой в новые вирионы будут отправлены молекулы комплементарной РНК. К слову будь сказано, что в ядре клетки-хозяина в ассоциацию с капсидными белками, которые проникают туда из цитоплазмы, вступает не только вирусная «отрицательная» РНК, но и «положительная» комплементарная. Но последняя, несмотря на связь с капсидными белками, не покидает клеточного ядра, а белки у нее отбирает «отрицательная» РНК – негоже добру пропадать впустую.
Вирусная РНК упаковывается в капсид в ядре клетки. После выхода из ядра вириону остается только надеть «мантию» – суперкапсид. Все уже готово. В нужном участке к клеточной мембране изнутри присоединились матриксные белки вируса, которые придают суперокапсиду прочность, а снаружи напротив этого места вставлены гликопротеиновые «шипы». Вирионы покидают клетку с «мантией» на плечах и отправляются на поиски новых жертв. Жизненный цикл вируса гриппа (его размножение в клетке) длится от 6 до 8 часов.
Согласитесь, что процесс размножения таких простых существ (или, если хотите, структур), как вирусы, очень сложный. Трудно поверить, что вся информация о нем закодирована в короткой молекуле вирусной РНК, содержащей всего-навсего 8 генов.
«Да такого количества генов не хватит даже для создания капсида!», – могут сказать сейчас некоторые читатели.
Хватит, с лихвой. И вообще 8 генов – это не нижний предел, бывает их и меньше. Правда, один ген может кодировать синтез нескольких белков, несмотря на то, что классическая концепция генетики гласит: «один ген – один белок – один признак». Дело в том, что на основе одного гена, одного кода, одной матрицы могут синтезироваться разные РНК-матрицы и, соответственно, разные белки. Код един, но в процессе образования матрицы из нее можно вырезать какой-то фрагмент и получится другая матрица, а не та, что была закодирована изначально. Такое вырезание фрагментов по-научному называется сплайсингом.
А теперь давайте ненадолго отвлечемся от вирусов гриппа и поговорим о вирусных капсидах вообще.
Вследствие того, что в генетических «досье» вирусов мало страничек-генов, вирусы не способны кодировать (и, соответственно, производить) большое количество белков. Поэтому их капсиды строятся из однотипных «кирпичиков», из множества копий одного или нескольких белков. Тут уж не до разнообразия, было бы вообще из чего строить.
Если вы когда-нибудь рассматривали картинки с изображениями различных вирусов, то, наверное, обращали внимание на симметричность их капсидов, на эти строгие чеканные формы, которые непременно пришлись бы по душе любому архитектору-минималисту.
Симметричность неслучайна. Для кодирования симметричных конструкций, состоящих из повторяющихся субъединиц, много генетической информации не требуется.
Строение вируса табачной мозаики
Строение вируса гриппа
Вирусным капсидам свойственны два основных типа архитектуры – палочковидная (пример – вирус табачной мозаики), когда капсид построен из упакованных по спирали одинаковых белковых субъединиц, или же сферическая с икосаэдрическим типом симметрии.
Икосаэдр
Икосаэдр представляет собой многогранник с 20 гранями, каждая из которых является равносторонним треугольником. Из симметричных субъединиц-икосаэдров собираются симметричные сферические капсиды.
Интересная деталь – симметричные субъединицы капсидов собираются из асимметричных белковых молекул. Парадокс? Никакого парадокса – при правильном складывании асимметричного можно получить симметричную конструкцию.
Вирус вирусу рознь и сложность строения у вирусов необычайно вариабельна. Так, например, сложно устроенный бактериофаг Т4 содержит в своем «досье» более двух сотен генов (вы только посмотрите на этого красавца), а вот в «досье» вируса-сателлита вируса некроза табака записан всего один белок. И ведь ничего – обходится этот суперпаразит одним белком.
Строение бактериофага
