К слову будь сказано, что из всех РНК-содержащих вирусов, коронавирусы имеют самое большое генетическое досье, представленное однонитевой положительной молекулой РНК. Досье включает в себя сведения о 10 коронавирусных белках.
А вот у бактериофагов, которые пожирают, то есть – поражают бактерии, для введения нуклеиновой кислоты в клетку имеется нечто вроде «шприца». Вирион бактериофага состоит из головки и хвоста, длина которого обычно в 2–4 раза превышает диаметр головки. На конце хвоста находятся ножки, предназначенные для поиска жертвы и прикрепления к ней. Внешне бактериофаги выглядят как паучки с длинной вертикальной шеей и крупной головой.
Бактериофаг приближается к бактериальной клетке
Прикрепляется к ее поверхности
Впрыскивает ДНК в бактериальную клетку
Нащупав ножками бактерию, бактериофаг вонзает ножки в ее оболочку и прижимает к оболочке свой хвост. Затем наружная часть хвоста сокращается, проталкивая вперед поршень с иглой, протыкающей мембрану бактерии. Через поршень в бактерию вводится вирусная нуклеиновая кислота, хранившаяся в головке.
Игла у бактериофагов двойного действия – механического и химического. Надо сказать, что «голая» механика в биологии большая редкость. Практически все биологические процессы основаны на биохимических реакциях. Но бактериофаги представляют собой исключение из этого правила. Они начинают с механического прободения оболочки бактерии, используя для этого особый белок с очень плотной структурой, а завершают процесс химическим путем, при помощи фермента под названием лизоцим, который растворяет то, что не проткнула белковая игла.
Скажите, пожалуйста, а у вас до сих пор не возникло вопроса – откуда вирион, находящийся вне клетки, берет энергию? Собственного обмена веществ и энергии у вируса нет, и вне клетки он представляет собой скопище белковых молекул вокруг молекулы нуклеиновой кислоты. До клетки-хозяина вирус продвигается пассивно – с током крови, с проглатываемой слюной, с вдыхаемым воздухом. Но перфорация клеточной мембраны требует энергии, разве не так? Откуда она берется и как вообще вирус ее использует?
Запасами энергии и средствами ее генерации вирусы не обладают, это точно. Все необходимые им активные движения обеспечиваются изменениями конфигураций белковых молекул.
Вспомните из курса химии, что белковые молекулы имеют 4 уровня пространственной организации. Нитевидные белковые молекулы сворачиваются в спирали, имеющие вид растянутой пружины, спирали сворачиваются в клубочки, а клубочки могут объединяться друг с другом в комплексы. Все это происходит благодаря возникновению химических связей между атомами (группами атомов) и неравномерному распределению электрического заряда в молекулах.
При определенных условиях конфигурация белковых молекул может изменяться. Если сказать предельно просто, то отдельные белковые молекулы капсидов изначально «запрограммированы» на определенное изменения конфигурации, которые возникают при контакте капсида с мембраной клетки-мишени. Можно сравнить капсид вируса с заводной игрушкой, которая «заводится» в момент изготовления. Дальше в эту тему лучше не углубляться, потому что в ней можно накрепко увязнуть.
Каких-то специфических механизмов, направленных на предотвращение проникновения вирусов через мембраны, у клеток нет. У них есть только общая защита – двухслойная мембрана, обладающая избирательной проницаемостью. Мембрана не должна пропускать в клетку ничего ненужного и вредного, но против вирусов мембрана устоять не может.
Как таковой «внутриклеточной противовирусной службы» не существует. Можно к месту вспомнить про белки-интерфероны, которые клетка начинает вырабатывать в ответ на заражение вирусом, но интерфероны прямым противовирусным действием не обладают и вообще предназначены не для пораженной клетки, а для ее соседок.
Интерфероны выделяются зараженной клеткой в межклеточное пространство и оказывают влияние на соседние клетки, стимулируя в них выработку ферментов, способных разрушать вирусные белки и нуклеиновые кислоты. Также интерфероны оказывают стимулирующее действие на некоторые клетки иммунной системы.
Зараженная вирусом клетка посылает сигнал опасности соседним клеткам и заряд бодрости иммунной системе, но самой себе она помочь не в состоянии.
Попав в клетку, ДНК и РНК вирусов ведут себя по-разному.
РНК сразу внедряется в рибосомы, которые, как вы помните, представляют собой скопления клеточной РНК, где служит матрицей для синтеза вирусных белков. Параллельно с этим процессом идет копирование РНК. Копированием занимается фермент под названием РНК-полимераза, который тоже вырабатывается на матрице вирусной РНК. Какое-то время новые молекулы РНК тоже служат матрицами для синтеза белков, а затем начинается процесс упаковки. Вокруг новой молекулы РНК из белков собирается капсид – и новый вирус готов!
На молекуле вирусной ДНК сначала синтезируются РНК-матрицы, на которых затем синтезируются белки, а дальше все идет так, как было описано, только помимо РНК-полимеразы, копирующей матрицы, в образовании новых вирусов участвует фермент ДНК-полимераза, копирующий вирусную ДНК.
Если вирусу положено иметь суперкапсид, то образовавшиеся в клетке (на рибосомах) вирусные белки сначала устанавливаются на наружной поверхности клеточной мембраны в виде шипов-пепломер. При этом пепломеры вытесняют клеточные белки. И только после того, как все пепломеры будут установлены, вирион отпочковывается на этом участке от клетки. Образно говоря, вирус сначала шьет себе мантию-оболочку и надевает ее лишь после того, как она будет полностью готова.
Некоторые вирусы, как, например, представители семейства ретровирусов, наиболее известным из которых является ВИЧ, обладают способностью встраивать свою нуклеиновую кислоту в ДНК клетки-хозяина.
В ДНК можно вставить только ДНК, но не РНК. Оба этих вещества относятся к нуклеиновым кислотам, но в их состав входят разные сахара – рибоза или дезоксирибоза, а кроме того, есть разница в веществах, с которыми эти сахара связаны. Вещество под названием «тимин» присутствует только в ДНК, а вещество под названием «урацил» – только в РНК.
[18]
У ВИЧ и других ретровирусов генетическая информация закодирована в молекулах РНК, которые необходимо перевести в ДНК. Для этой цели вирус использует фермент под названием обратная транскриптаза, превращающий РНК в ДНК, а если точнее – то синтезирующий молекулу ДНК на матрице РНК. После такого превращения нуклеиновую кислоту вируса в виде ДНК можно вставлять в ДНК клетки-хозяина.
