Белок препятствующий размножению вирусов это
Международная группа ученых из Университета ИТМО, вуза-участника Проекта повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (Проект 5-100) и Университета Вашингтона в Сент-Луисе экспериментально доказала, что кишечная микробиота влияет на формирование иммунного ответа организма при заражении вирусом гриппа. Метаболиты, которые образуются в результате деятельности кишечных бактерий, стимулируют выработку интерферона – белка, который подавляет размножение вируса. Результаты работы были опубликованы в престижном научном журнале Science.
Разные люди по-разному реагируют на заражение вирусом гриппа. Ранее считалось, что иммунный ответ зависит только от генетических факторов, от условий внешней среды проживания человека, которые влияют, в свою очередь, на химические реакции и процессы внутри самого организма. Однако исследование международной группы ученых из США и России показало, что продукты жизнедеятельности бактерий, которые живут в кишечнике человека, также играют роль.
Ученые показали, что микробиота влияет не только на функционирование и здоровье пищеварительной системы, но и на иммунную реакцию организма при остром инфекционном заболевании, поражающем дыхательную систему. В частности, метаболит дезаминотирозин (desaminotyrosine – DAT) способствует выработке интерферона, — белка, препятствующего размножению вируса. Благодаря ему в зараженной клетке запускаются химические реакции, которые способны приостановить белковый синтез в целом. Кроме того, интерферон активирует процессы по выработке вирусных антигенов и других соединений, участвующих в иммунном ответе.
Для того, чтобы доказать роль микробиоты и механизмы регуляции иммунного ответа на грипп через выработку интерферона, исследователи провели ряд экспериментов на мышах. Было известно, что стерильные мыши без микробиоты быстрее и в большем количестве погибают от гриппа. Чтобы выяснить, какие бактерии способствуют защите от вируса, ученые проверили 86 метаболитов – продуктов деятельности бактерий на способность к стимуляции клеток на выработку интерферона. В результате было найдено 11 таких метаболитов, и самым биологически релевантным был DAT – продукт деградации растительных веществ флавоноидов. Учеными были также определены типы бактерий, ответственные за выработку метаболита.
"Для верификации полученных результатов были взяты обычные мыши, стерильные мыши и мыши, неспособные к выработке интерферона, — поясняет один из авторов статьи, магистрант Университета ИТМО Екатерина Эсаулова. – Они получали метаболит с питьевой водой за 7 дней до возникновения инфекции и 14 дней в течение болезни. В соответствии с предыдущими результатами, стерильные мыши показали большую смертность в сравнении с обычными мышами. В обоих типах мышей смерть от вируса и потеря веса была значительно меньше у мышей, получающих DAT. И в соответствии с нашей гипотезой о том, что DAT защищает от вируса гриппа через усиление выработки интерферона, — DAT не имел эффекта у мышей, неспособных к его выработке".
Опыты показали, что для извлечения пользы из эффекта DAT в борьбе против вируса необходимо, чтобы метаболит уже присутствовал в организме в достаточном количестве на начало болезни. Так, мыши, которым вводили DAT два дня спустя после заражения гриппом, справлялись с болезнью хуже, чем мыши, которые вообще его не получали или получали до заражения. Таким образом, увеличение количества метаболитов во время самой инфекции не влияет на ход болезни. Для того чтобы метаболит повлиял на иммунную систему, необходимо, чтобы он уже присутствовал в организме на начало вирусной инфекции.
"По предварительным данным, DAT участвует не в индукции, а в амплификации интерферона. Также по предварительным данным, при присутствии патогена в организме, DAT участвует в усилении реакции иммунной системы на патоген. Открытие того, что уже присутствующие колонии в человеческой микробиоте защищают организм от гриппа, может сыграть роль в понимании гетерогенного ответа на инфекцию среди людей. Результаты говорят о том, что предварительная колонизация специфичными бактериями и флавоноид-насыщенная диета может быть ключевым компонентом в регуляции иммунного ответа на инфекцию", – отметил еще один автор статьи, научный сотрудник Департамента патологии и иммунологии Университета Дж. Вашингтона Максим Артемов.
Вадим Израилевич Агол — член-корреспондент РАН и РАМН, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова, заведующий отделом Научно-исследовательского института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ. Область научных интересов — молекулярная биология и генетика вирусов.
Считается, что вирусы (от лат. virus — яд) — нечто противное, приносящее одни неприятности. Но это грубая ошибка. Вирусы — ключевые созидатели живой природы и двигатели ее эволюции.
Каковы главные защитные механизмы зараженной клетки? Это компоненты врожденного иммунитета: деградация РНК (вирусных, а также клеточных), угнетение синтеза белков (как вирусных, так и клеточных), самоликвидация (апоптоз и другие виды программируемой гибели) и, наконец, воспаление. Собственно, многие вирусы так и обнаружили свое существование — из-за вызываемого ими воспаления (энцефалита, воспаления легких и т. д.). Клетка борется с вирусом, нарушая собственные обмен веществ и / или структуру, и ее защитные механизмы, как правило, самоповреждающие. Можно сказать, что человек, умерший от полиомиелита (а умирает менее 1%), сам убил себя, борясь с инфекцией.
У растений в качестве противовирусного механизма очень важную роль играет РНК-интерференция. Из вирусной РНК образуется двуцепочечная (важный фактор, по которому клетка узнает о наличии вируса). При участии компонентов системы РНК-интерференции — фермента Dicer, который разрезает эту двуцепочечную РНК на фрагменты длиной 21–25 пар нуклеотидов, а затем РНК-белкового комплекса RISC — в конце концов образуются одноцепочечные короткие фрагменты РНК. Гибридизуясь с вирусной РНК, они вызывают либо ее деградацию, либо угнетение ее трансляции. Такой защитный механизм эффективен, но может повреждать саму клетку, что хорошо видно на примере вироидов. Это патогены растений, короткие (несколько сотен нуклеотидов) молекулы кольцевой одноцепочечной РНК, не покрытые белковой оболочкой. Вироиды не кодируют белки, но могут вызывать тяжелые симптомы в зараженном растении. Это происходит потому, что клетка защищается. Образующаяся вироидная двуцепочечная РНК подвергается действию всех компонентов системы РНК-интерференции, в результате образуются фрагменты одноцепочечной РНК, которые гибридизуются уже не с вирусной РНК, а с клеточной. Это приводит к ее деградации и развитию симптомов заболевания. Однако многие вирусы растений кодируют разнообразные белки, препятствующие РНК-интерференции (viral suppressors of RNA silencing — VSR). Они либо угнетают распознавание и расщепление вирусных РНК, либо подавляют формирование и функционирование комплекса RISC. Поэтому эти VSR-белки могут нарушать механизмы физиологически важной (не связанной с вирусами) РНК-интерференции, вызывая патологические симптомы.
Схема полипротеина (белка-предшественника) пикорнавирусов
Модель вируса полиомиелита. Фото: virology.wisc.edu
Модель менговируса (штамма вируса энцефаломиокардита). Фото: virology.wisc.edu
Эффект одновременного выключения клеточных защитных и вирусных противозащитных механизмов. Зараженные менговирусом дикого типа, клетки HeLa (а, незараженные) быстро гибнут от некроза (б, 4 ч после заражения). Клетки, зараженные частично разоруженным вирусом, у которого инактивирован лидерный белок, живут чуть дольше и гибнут уже от апоптоза (в, 8 ч после заражения). Когда же частично разоружены и вирус (инактивирован его лидерный белок), и клетки (у них выключен апоптоз добавлением химического соединения, которое угнетает каспазы), даже через вдвое больший промежуток времени клетки чувствуют себя значительно лучше, чем те, которые не были разоружены (г, д, 8 и 16 ч после заражения). Большинство клеток на панелях г и д морфологически больше похожи на клетки на панели а, чем на б и в. Сканирующая электронная микроскопия. Фото С. И. Галкиной
Однако длительная коэволюция хозяина и вируса должна приводить к снижению патогенности последнего (взаимовыгодному обоюдному разоружению). Классический пример — вирус миксомы / фибромы. В середине XIX в. в Австралию завезли европейских кроликов, которые быстро размножились и стали серьезной угрозой для сельского хозяйства. Через 100 лет для контроля их популяции стали использовать патогенный вирус фибромы / миксомы (из семейства поксвирусов, к которому относится и вирус оспы). Разные кролики по-разному реагируют на этот вирус. У бразильских кроликов через три недели после заражения он вызывает доброкачественную опухоль — фиброму (локализованный узелок на коже). Но у европейских кроликов, чувствительных к этому вирусу, уже через 10 дней после заражения развивается генерализованное смертельное заболевание.
Мой рассказ далеко не исчерпывает тему: о природе патогенности вирусов известно значительно больше. Многое из того, что мы сейчас знаем, удалось изучить в самые последние годы, и есть все основания ожидать новых сюрпризов. Можно и нужно винить вирусы за тяжелые болезни и необходимо бороться с ними, но мы должны быть благодарны вирусам за существование и разнообразие живой природы, и в том числе — за существование человека.
Автор благодарен коллегам по научной кооперации — сотрудникам Института полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова РАМН, Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Института белка РАН (Пущино Московской области), Университета Базеля (Швейцария), Университета штата Висконсин (США), Университета Неймегена им. Радбода (Нидерланды).
Белки – это биологические полимеры, состоящие из аминокислот. Ни один из существующих живых организмов – от вирусов до растений и животных – не может существовать без белка. Правда, у растений имеются особые возбудители болезней – вироиды, состоящие из одной нуклеиновой кислоты, однако для их размножения необходимы белки растительной клетки-хозяина.
Белки выполняют в организме множество жизненно важных функций.
Структурную функцию выполняет, например, белок кератин, из которого состоят шерсть, рога, копыта, верхний отмерший слой кожи. В зависимости от числа поперечных сшивок, скрепляющих белковые молекулы, кератиновые структуры бывают довольно мягкими и гибкими (волосы), а бывают чрезвычайно жесткими и прочными (панцирь черепахи).
В сухожилиях содержится белок коллаген, его фибриллы почти не поддаются растяжению. Благодаря этому мышечное усилие передается костям, к которым крепятся мышцы. При кипячении в воде коллаген образует желатину, часто применяющуюся для приготовления студней и желе. Белок эластин, наоборот, не слишком прочен, но очень эластичен, он содержится в стенках сосудов, легко растягивающихся при увеличении давления.
Белки выполняют структурную функцию не только на организменном, но и на клеточном уровне – в любой эукариотической клетке есть состоящий из белков внутренний цитоскелет. Различают три различных цитоскелетных системы: микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты.
|