Мы болеем оттого, что слишком сильно защищаемся от вирусов
|
С приходом весны опасность подхватить вирус гриппа не уменьшилась: организм истощен прошедшей зимой. Вирусы вызывают и множество других, гораздо более серьезных заболеваний. А почему, собственно, они это делают? Об этом в своей лекции в «Газете.Ru» рассказывает член-корреспондент РАН, профессор Вадим Агол. |
Откуда взялись вирусы? |
Долгое время преобладала точка зрения, что поскольку вирусы — это паразиты клеток животных и растений, то они должны были возникнуть после клеток. |
То есть вирусы — это нечто вроде сбежавших сумасшедших генов. |
Однако сейчас преобладает противоположный взгляд, что скорее клетки произошли от вирусов. Важный довод против того, что вирусы сбежали из клеток, заключается в том, что вирусные генетические системы существенно разнообразнее, чем генетические системы клеток. Второй довод заключается в том, что существует множество вирусных генов, которых нет в клеточных организмах. |
Клеточные организмы не только произошли от вирусов, но и унаследовали от них значительную часть своего генетического материала. В этом отношении интересны эндогенные вирусы, когда геном вируса интегрируется в клеточную хромосому. Так, в частности, поступают представители ретровирусов. Полагают, что млекопитающие унаследовали около половины своего генома от вирусов и их ближайших родственников — плазмид и сходных элементов. |
Таким образом, приходится признать, что вирусы — это наши с вами сородители, и относиться к ним надо соответственно, чтобы проверить здоровье нужно посетитеть клинику юнимед подольск отзывы. |
Часто эндогенные вирусы, которые есть в нашем геноме, белков не кодируют. Есть основания предполагать, что они участвуют в регуляции работы генов, хотя по большей части их функции неизвестны. Но кое-что очень важное мы знаем. Есть такой белок, синцитин, который кодируется одним из эндогенных ретровирусов. Этот белок необходим для слияния клеток при образовании плаценты. Это означает, что никто из нас и других плацентарных животных не мог бы появиться на свет без этого эндогенного вируса. |
Второй пример — это работа, выполненная большим коллективом авторов под руководством сотрудника Института биоорганической химии (ИБХ) Антона Буздина, опубликованная в PNAS. Она показывает, что один компонент генома эндогенного вируса контролирует экспрессию фермента пролиндегидрогеназы в ЦНС, причем в определенных ее частях. И есть основания полагать, что этот фермент принимал важное участие в развитии мозга человека. Когда возникают мутации в этом генетическом элементе, то возникают заболевания ЦНС, в том числе это может быть связано с шизофренией. |
Очень важную роль эндогенные вирусы играют в горизонтальном переносе генов. |
Клетку убивает собственная защита |
Но наибольшую известность вирусы получили как патогены клеток человека, животных и растений. Хотя у вирусов нет специального желания навредить клетке и убить ее. Во многих случаях вирусы вполне мирно уживаются с клетками. Но возникает вопрос, почему же многие из них вызывают серьезные и даже смертельно опасные заболевания? Обычное объяснение заключается в том, что при заражении клетки вирус грабит ее ресурсы и направляет их на нужды собственного размножения. |
Однако наибольший вред, как ни парадоксально, не связан с размножением вирусов, а происходит от нерасчетливых действий хозяев, от их защиты против вирусов. |
Каковы главные защитные механизмы в зараженной клетке? Это деградация вирусных ДНК и РНК, угнетение синтеза белков, не только вирусных, но и клеточных, ликвидация зараженных клеток — апоптоз — и воспаление. И все это компоненты врожденного иммунитета. |
Клетка борется с вирусом, нарушая собственный обмен веществ или собственные структуры. Защитные реакции клетки — это в основном самоповреждающие механизмы. |
Можно сказать, что человек, умерший от полиомиелита, погибает оттого, что его организм слишком сильно боролся с вирусом. |
Был бы он поаккуратнее в этой борьбе, вероятно, бы выжил. |
В качестве ответа на клеточную защиту вирусы применяют противозащитные средства. Идет гонка вооружений между защитой и противозащитой. Эта противозащита направлена в основном против общих метаболических процессов, на которых основана защита. Это опять же угнетение синтеза клеточной РНК, клеточных белков, нарушение клеточного транспорта, подавление апоптоза. Вирусы и клетки применяют одни и те же приемы, бьют в одни и те же ворота. |
То есть основной вред оказывает не размножение вируса как таковое, а противоборство клеточной защиты и вирусной противозащиты. |
Как клетка узнает, что в нее попал вирус? В случае РНК-содержащих вирусов основным признаком является двуцепочечная РНК, которая в клетке не образуется в таких количествах в других условиях. Эта двуцепочечная РНК говорит, что в клетку попал вирус. Узнается она, в частности, сенсорами, в числе которых специальные рецепторы и ферменты РНК-хеликазы. Сенсоры включают ряд защитных механизмов, в том числе образование интерферона. |
Поскольку узнавание вируса неспецифическое, клетка не может знать намерения конкретного вируса. Клетка может бороться с вирусом стандартными приемами, поэтому ее оборонные действия часто могут быть чрезмерными. Но почему же тогда разные вирусы вызывают разные болезни? Во-первых, данный вирус способен заражать только определенный вид клеток. А во-вторых, в то время, как защитные механизмы клетки стандартны, противозащитные механизмы вирусов индивидуальны. |
Секьюрити на службе вируса |
Это можно рассмотреть на примере пикорнавирусов , к которым относятся вирус полиомиелита, ящура и др. Среди вирусных белков можно выделить особый класс секьюрити-белков — специализированных противозащитных белков, статью о них мы опубликовали в журнале Nat Rev Microbiol. Они принимают участие в определении судьбы зараженной клетки. Клетка может погибнуть разными путями, в частности, это может быть некроз или апоптоз. При апоптозе происходит деградация клеточной ДНК, а при некрозе этого нет. В зависимости от того, как клетка умрет, последствия разные. В случае некроза имеет место защитное воспаление, но распространение вирусного потомства между клетками продолжается. В случае апоптоза распространение вируса ограничено и, как правило, нет воспалительной реакции. Гибель клетки по типу апоптоза — это защитная реакция, так как при этом ограничено размножение вируса. |
Секьюрити-белки вируса могут препятствовать апоптозу. |
Еще один противозащитный механизм — нарушение ядерно-цитоплазматического транспорта. При заражении некоторыми вирусами благодаря активности их секьюрити-белков происходит повышение проницаемости ядерной оболочки и нарушается активный транспорт макромолекул из ядра и в ядро. Противозащитная роль секьюрити-белков может заключаться и в том, что они угнетают образование и действие интерферона , например, в случае вируса полиомиелита и вируса ящура. |
В противовирусной защите растений очень важную роль играет механизм РНК-интерференции. Образуется вирусная двуцепочечная РНК, и при участии компонентов клеточной системы РНК-интерференции происходит либо деградация вирусной РНК, либо угнетение трансляции . Есть вироиды , инфекционные короткие кольцевые РНК, которые ничего не кодируют, но могут вызывать тяжелые симптомы в зараженном растении. Как именно? Они вызывают заболевание, потому что клетка защищается и включает механизмы РНК-интерференции. При этом фрагменты вироидной РНК гибридизируются с клеточной РНК, и это приводит к деградации клеточной РНК и развитию симптомов. Но многие вирусы растений кодируют разнообразные белки, которые препятствуют РНК-интерференции. При этом они угнетают и важную для растений РНК-интерференцию и вызывают патологические симптомы. |
Каковы последствия инактивации секьюрити-белков для взаимодействия вируса с клеткой? Есть полезные: повышается чувствительность вируса к защитным механизмам клетки. Но есть и вредные: усиливается защитная и самоубийственная активность клетки. |
Всеобщее разоружение |
А что произойдет, если одновременно выключить защитные механизмы клетки и в то же время отключить и противозащитные механизмы вируса? Это очень любопытная ситуация. Ее мы изучали на примере взаимодействия одного из пикорнавирусов — вируса энцефаломиокардита — с определенным видом клеток. Эти клетки, зараженные вирусом дикого типа, гибнут от некроза достаточно быстро. А клетки, зараженные частично разоруженным вирусом, у которого инактивирован противозащитный (в частности, антиапоптозный) лидерный белок, живут чуть дольше, но гибнут не от некроза, а от апоптоза. Третья ситуация, когда и вирус частично разоружен (инактивирован лидерный белок), и клетка частично разоружена. Клетка разоружена тем, что у нее выключен апоптозный путь путем добавления химического соединения, которое угнетает ключевые ферменты апоптозного механизма (каспазы). И что мы видим? Через 16 часов клетки явно чувствуют себя лучше, чем те клетки, которые не были разоружены, хотя вирус в них размножался так же эффективно, как и в предыдущем случае. |
И если это так, то эффективной противовирусной терапией, направленной на облегчение симптомов заболевания, может служить одновременное подавление как вирусной противозащиты, так и клеточной защиты. |
Секьюрити-белки вируса адаптированы к противодействию защитным механизмам определенного хозяина. Поэтому смена хозяина может сопровождаться утерей противозащитных функций секьюрити-белков и, как следствие, усилением защитных реакций организма. И эта повышенная защитная активность хозяина может объяснять особую патогенность новых для него вирусов. |
Например, вирус гриппа. Для птиц это малопатогенный вирус, но когда он переходит на человека, то может возникать испанка, птичий грипп, свиной грипп. Вирус атипичной пневмонии — это достаточно безобидный вирус летучих мышей, но, переходя на человека, вирус SARS вызывает острую пневмонию с большой летальностью. Наконец, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — это относительно безобидный вирус обезьян, а у человека он вызывает СПИД. Все эти три вируса в результате мутаций научаются заражать нового хозяина, но новых факторов патогенности у них не возникает. |
Следовательно, это не вирус стал злее, а хозяин недотепа. |
История вирусов и кроликов |
Другим возможным механизмом нарушения равновесия между вирусом и хозяином может быть смена вирусного противозащитного оружия. Например, утеря старого и приобретение нового секьюрити-белка. Длительная коэволюция вируса и хозяина должна приводить к снижению патогенности вируса, и это будет взаимовыгодное разоружение. Убийство хозяина не дает вирусу преимущество, и происходят взаимная коадаптация и достижение равновесия. |
Хорошо известный пример — с европейскими кроликами, которых завезли в Австралию. Они невероятно размножились, и в середине ХХ века было решено контролировать популяцию, используя вирус, патогенный для кроликов. Для этого взяли вирус фибромы/миксомы. У бразильских кроликов он вызывает доброкачественную опухоль — фиброму, и ничего страшного с ними не происходит. Но у европейских кроликов возникает генерализованное смертельное заболевание. Этот вирус был занесен в Австралию для борьбы с кроликами и стал вызывать переносимые комарами летние эпизоотии. И сначала было так, что 99% зараженных кроликов гибли менее чем за две недели. Но менее вирулентные вирусы при этом имели больше шансов перезимовать, что приводило к их отбору. И примерно через десять лет смертность кроликов от эволюционировавшего вируса снизилась вдвое. Одновременно шел отбор на более резистентных кроликов, и их смертность от исходного вируса снизилась примерно в четыре раза. То есть всего за десять лет на порядок улучшились взаимоотношения между вирусом и хозяином. Хотя гонка вооружений не прекращается. |
Вирусы и клетки учат друг друга, и полученные знания наследуются. |
Мой бывший аспирант Евгений Кунин вместе с другим выпускником кафедры вирусологии МГУ Валерьяном Долей недавно опубликовали статью о вирусоцентрическом взгляде на эволюцию, согласно которому противодействие и кооперация вирусов и их хозяев — это главный фактор эволюции и вирусов, и организмов. |
В общем, конечно, нужно бороться с тяжелыми болезнями, но мы должны быть благодарны вирусам за существование живой природы и наше с вами существование. |
Вирусное будущее |
В заключение я бы добавил некий, может быть, научно-фантастический форсайт. Что можно ожидать в будущем? |
Несомненно, будут успехи в предупреждении и лечении вирусных болезней, это очевидно. Но вирусы будут использоваться для предупреждения и лечения других болезней, в частности инфекционных. Уже почти 100 лет назад было предложено использовать бактериофаги для лечения микробных заболеваний. Все это время, хотя какие-то препараты выпускались, пока в этом направлении нет серьезных успехов. Но такие успехи вполне можно ожидать. |
Вирусы будут использоваться для лечения и неинфекционных заболеваний. В первую очередь онкологических. Уже 40 лет назад делались такие попытки, а сейчас в серьезных журналах сообщается о явных успехах в этом направлении. Можно вообразить, что вирусы будут использоваться и против других, самых разнообразных заболеваний — психиатрических, эндокринологических, гематологических, для лечения бесплодия. |
И вероятно, вирусы будут продаваться в аптеках, какие-то без рецептов, какие-то по рецептам. |
Вирусы будут использоваться в сельском хозяйстве. Сейчас говорят о безвирусном растениеводстве, а будет, наоборот, вирусное растениеводство. Есть некое растение, которое может произрастать в жарком климате только в присутствии грибка и вируса. |
Будет развиваться синтетическая вирусология, вирусы будут использоваться для конструирования новых организмов, для чего-то полезных. |
Можно пофантазировать, что будут вирусы для улучшения качества жизни. Например, персонализированные вирусы против преждевременного старения, ожирения и, может быть, даже облысения. Причем в каких-то странах это будет разрешено, а в других запрещено как вмешательство в естественную природу человека. |
Не обойдется и без негативных последствий. Возможно, возникнет вирусомания, появится зависимость от вирусов, когда человек не сможет жить, не принимая каждое утро свежую порцию вирусов. |
На Олимпийских играх в качестве контроля на допинг будут проверять на использование вирусов, которые способствуют силе и выносливости. |
Естественно, расцветет вироинформатика. И она станет одной из центральных биологических наук. Возникнут виросинтезаторы. Хотя это уже сейчас в принципе возможно: сделать прибор, в который вставить программу, и он будет выдавать свежеиспеченные вирусы. Поскольку это будет прибор широкого распространения, то и в школах учеников будут обучать работать с этими виросинтезаторами. В аптеке будут продаваться стандартные вирусы, а персонализированные каждый будет делать себе сам, заказывая соответствующую программу у вироинформатиков. |
http://www.gazeta.ru/science/2014/03/12_a_5943897.shtml |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|