Вирусы как двигатели эволюции

Макрофаг, первым встречающий различные опасности для организма. Фото Physorg

Мир одна за другой захлестывают эпидемии. Но началось это, по-видимому, очень и очень давно. Недавно китайские ученые произвели фурор, явив миру около полусотни человеческих зубов, возраст которых 80 тыс. лет. Отчет об этой находке был опубликован в журнале Nature. По мнению китайских ученых, это свидетельствует о том, что вышедшие из Африки предки современных людей сначала устремились в Китай и только много позже – в Европу. Миграция праотцев была обусловлена бегством от многочисленных болезней, присущих (эндемичных) Черному континенту…

Птичий грипп, ближневосточная лихорадка, лихорадка Зика – все эти эпидемии вызываются коронавирусами. Поверхностные белки этих вирусов образуют эдакую «корону», хорошо видную под электронным микроскопом. Садятся эти вирусы на протеиновые молекулы клеточной оболочки, представляющие собой фермент аминопептидазу. В Стэнфорде выяснили, что треть ее изменений (замен аминокислот), случившихся за время разделения на эволюционном пути ветвей наших предков и предшественников нынешних шимпанзе, связана с защитой против коронавирусов. Параллельная эволюция вирусных и человеческого протеинов привела к молекулярной «гонке вооружений», направленной на воспрепятствование вирусным атакам.

Мониторинг этого процесса стал возможным благодаря процессингу больших баз данных – Big Data, – накопленных специалистами по рентгеноструктурному анализу протеинов и геномике. Мониторинг изменений в аминокислотных последовательностях клеточного рецептора для «посадочных» белков коронавируса показал, что история пандемий в истории развития популяций показывает развилку двух возможных исходов – приспособление или вымирание. Можно напомнить, что более 90% видов, некогда обитавших на нашей планете, по тем или иным причинам «избрали» второй вариант.

Ученых Стэнфорда удивило столь сильное воздействие вирусов на клеточную адаптацию, о чем они поведали коллегам на встрече Американского общества генетики. По мнению авторов, вирусы являются доминирующими драйверами приспособляемости протеинов у млекопитающих. Важно отметить, что ретровирусы, вернее их ДНК-копии, во множестве «населяют» наш клеточный геном, во многом предопределяя уязвимость клеток предрасположенных людей и животных с точки зрения раковой трансформации.

На другом полюсе биологической изменчивости находятся так называемые антитела широкого спектра действия (bABs). В некоторых случаях они дают защиту от ВИЧ у инфицированных людей, у которых при наличии вируса в крови СПИД не развивается. К сожалению, такое бывает крайне редко, в подавляющем же числе случаев скорость изменения вирусного генома намного обгоняет таковую у клетки. Проявляется это на уровне ее рибосом, которые ВИЧ «использует» для синтеза своих оболочечных белков, в результате чего они постоянно застают протеиновые рецепторы клетки «врасплох».

Вирусологи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе выяснили, что воздействие на вирусную РНК в клеточных рибосомах вдвое уменьшает инфицирование вирусом здоровых клеток 

(J. Virology). В будущем это может стать основой если не лечения, то по крайней мере сдерживания развития СПИДа (то же касается, кстати, и раковых клеток, за которыми не поспевает иммунная система организма).

Пока же приходится полагаться на новые и более эффективные антитела и так называемые CART, или Т-лимфоциты с химерическими рецепторами антигенов (Chimeric Antigen Receptors). Подобные генетически модифицированные клетки уже полтора десятилетия разрабатываются для борьбы с вирусами и раком, показывая свою эффективность на животных моделях. В самое последнее время они используются и в клинических испытаниях. В том же Лос-Анджелесе показано, что CART можно применять для успешной борьбы с клетками иммунной системы человека, инфицированными ВИЧ.

Более агрессивные химерические рецепторы цитотоксических лимфоцитов и натуральных киллеров эффективно выискивают зараженные клетки, на поверхность которых «вылезают» вирусные протеины, и уничтожают их. Механизм здесь таков. Отростки борцов с вирусной опасностью посредством CAR «связываются» с протеинами вируса. После «стыковки» здоровые иммунные клетки пробивают в мембране зараженного макрофага брешь диаметром до 0,1 нанометра (100 ангстрем), в результате чего те погибают.