Российские ученые объяснили аномальную живучесть вирусов

В нуклеиновых кислотах РНК-содержащих вирусов образуется так много мутаций, что они накладываются друг на друга и поэтому надолго не задерживаются в геноме

Сотрудники Института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова и Первого МГМУ имени И.М. Сеченова проанализировали результаты множества научных работ, посвященных жизнеспособности РНК-содержащих вирусов. Благодаря этому они выяснили, что такие вирусы способны переносить появление масштабных неблагоприятных мутаций за счет высокой скорости изменения собственной РНК. По сути, одни мутации в ней быстро компенсируют или даже «исправляют» другие. Статья на эту тему опубликована в журнале Microbiology and Molecular Biology Reviews.

В качестве объекта исследования ученые выбрали пикорнавирусы. Это мелкие вирусы, поражающие млекопитающих, в том числе людей. Представители группы пикорнавирусов вызывают полиомиелит, гепатит А, ящур, гастроэнтериты, ринит и другие заболевания. В каждой вирусной частице у них содержится одноцепочечная молекула рибонуклеиновой кислоты — РНК. В ней записана информация о структуре всех необходимых пикорнавирусу белков. Попадая в клетку млекопитающего и находя в ней рибосому, РНК пикорнавируса «заставляет» ее считывать себя, как в процессе трансляции при обычном синтезе белков в здоровой клетке. В итоге получается очень длинный белок. Ферменты клетки-хозяина разрезают его на несколько более мелких молекул, и образовавшиеся небольшие белки уже вступают в биохимические реакции в инфицированной клетке.

РНК пикорнавирусов удваивается благодаря ферменту РНК-полимеразе. Он работает менее точно, чем аналогичный фермент для ДНК — ДНК-полимераза. Из-за этого в геноме пикорнавирусов постоянно появляются изменения — мутации. Далеко не все из них благоприятны для вируса, а их масштаб и число зачастую так велики, что аналогичные изменения генома в других живых организмах (рыбах, грибах и т.д.) привели бы к их гибели. Однако пикорнавирусы в таких случаях выживают аномально часто.

Российские вирусологи решили разобраться в том, почему так происходит, изучив связи между характером мутаций в РНК пикорнавирусов, их эволюцией и стойкостью к изменениям условий окружающей среды. Они проанализировали последовательности нуклеотидов в РНК различных представителей этой группы и их изменение во времени. Все данные были взяты из ранее опубликованных научных работ.

В ходе исследования выяснилось, что РНК пикорнавирусов в пределах одной популяции весьма неоднородны по составу. Это предсказуемо, так как чем быстрее появляются новые мутации, тем больше различий наблюдается между молекулами РНК, произошедших от одной молекулы-предка. В среднем жизнеспособность таких разнородных популяций низка из-за большого количества «поломок» в РНК вирусов. Тем не менее неблагоприятные мутации не задерживаются в популяциях надолго. Несущие их вирусные частицы реже копируют свою РНК и чаще гибнут. А если гибели не происходит, новые мутации могут компенсировать действие старых. Также возможна «починка» измененного участка за счет соответствующих ферментов. За счет гибели вирусных частиц с критическими мутациями, «ремонта» мутаций РНК и компенсирующих их изменений геномы пикорнавирусов одновременно разнообразны и устойчивы.

Парадоксально, но даже уменьшающие жизнеспособность мутации при резкой смене условий внешней среды могут дать своим обладателям заметные преимущества. Поэтому часто мутирующие пикорнавирусы в целом более приспособлены к «катаклизмам» наподобие действия антивирусных препаратов или антител, чем организмы, геном которых изменяется не так быстро и сильно.

Исследование опубликовано в журнале Microbiology and Molecular Biology Reviews. DOI: 10.1128/MMBR.00067-17

Источник: chrdk.ru