Имя ему СПИД: Четвертый всадник Апокалипсиса
Шрифт:
Как уже говорилось, все ретровирусы имеют одну особенность — их генетический аппарат (геном) состоит из молекулы РНК, что отличает их от высших организмов и бактерий, у которых гены закодированы в молекулах ДНК. Поэтому, прежде чем размножиться и оказать влияние на клетки, ретровирусу требуется перевести информацию, записанную в молекуле РНК, в форму ДНК. Ретровирусы сами по себе это сделать не могут, для своего развития они используют элементы клетки, в которую проникают. По этой причине их иногда называют «молекулярными пиратами».
Как же выглядит этот страшный смертоносный пират по имени ВИЧ? В общих чертах строение ВИЧ подобно другим представителям подсемейства лентивирусов. Строение вируса оказалось не слишком сложным, но с помощью нескольких «хитроумных» механизмов, о которых мы поговорим позднее, вирус беспрепятственно проникает в организм человека и успешно там распространяется. Первоначальные данные были получены
ВИЧ представляет собой простой «футляр» (капсид), в котором хранятся две молекулы РНК (вирусный генетический аппарат) (рис. 6). Вся поверхность «футляра» покрыта шиповидными выростами, общее число которых равно 72. Поэтому обычно ВИЧ изображают похожим на противолодочную мину времен Второй мировой войны, на поверхности которой расположены белковые «грибы», служащие вирусу отмычкой для проникновения в клетку крови человека. Иногда вирус сравнивают еще с подушкой, утыканной иголками.
Наружная оболочка ВИЧ состоит из двойного слоя липидов, который происходит из мембраны клетки хозяина. «Шляпка» гриба, встроенного в мембрану, состоит из четырех молекул белка по имени gp120 (gp — сокращенно от англ. слова гликопротеин, а цифра — его молекулярный вес в тысячах дальтон). «Ножка» гриба формируется из четырех молекул другого гликопротеина — gp41, которые встроены в мембрану. Так как мембрана имеет клеточное происхождение, то на ее поверхности и внутри нее сохраняется множество клеточных белков. Под наружной оболочкой располагается сердцевина вируса (кор), которая имеет форму усеченного конуса и образована двумя тысячами молекул белка р24. Внутренная поверхность мембраны выстлана так называемым матриксным белком р17. Кроме того, в коре присутствуют три фермента, которые необходимы для осуществления важнейших стадий в жизненном цикле вируса после заражения им клетки: обратная транскриптаза, интеграза и протеаза.
Рис. 6. Общий план строения вируса иммунодефицита человека (BB4) напоминает устройство других ретровирусов. Необходимые пояснения даны в тексте
У ВИЧ, как и у других ретровирусов, вся генетическая информация закодирована в молекуле РНК. Внутри сердцевины вируса располагаются две однонитевые молекулы вирусной РНК, связанные с двумя низкомолекулярными белками (р6 и р7). Генетический аппарат ВИЧ-1 — его РНК — имеет длину чуть меньше 10 тыс. нуклеотидов и содержит всего девять генов (рис. 7а). Для сравнения: у человека в геноме присутствует свыше 35 тыс. генов! Строение генетического аппарата BB4-2 слегка отличается от BB4-1 (рис. 7б) и больше напоминает устройство генома BИO (рис. 7в). Примечательная особенность генов всех этих вирусов состоит в том, что они перекрываются друг с другом, т. е. одни и те же вирусные нуклеотидные последовательности РНК могут участвовать в кодировании разных белков. Достигается это за счет использования разных точек начала считывания информации с нуклеотидной последовательности ДНК и благодаря разнообразной комбинаторике отдельных фрагментов из разных участков генома. Ряд генов «разорван», т. е. белок кодируется не одной непрерывной последовательностью нуклеотидов, а двумя участками вирусной РНК, порой далеко отстоящими друг от друга. Таким образом, небольшой по размерам геном вирусов за счет использования всевозможных «хитростей» кодирует довольно большое число разнообразных белков. Для сравнения: средний размер гена, кодирующего белок у человека, составляет около 27 тыс. пар нуклеотидов (п.н.), т. е. почти в три раза превышает размер всего генома ВИЧ.
Рис. 7. Прямоугольниками на рисунке обозначены отдельные вирусные гены или их фрагменты, тонкими линиями указаны, из каких фрагментов устроены «разорванные» гены. Внутри прямоугольников дано название генов. Шкала — в парах нуклеотидов (п.н.). LTR — одинаковые концевые участки вирусного генома
Теперь дадим краткую характеристику отдельных генов ВИЧ и кодируемых ими белков (табл. 1). У вируса, так же как и у всех других известных ретровирусов, имеются гены, называемые gag, env и pol, которые, однако, отличаются по размерам у ВИЧ-1 и ВИЧ-2. Первые два из них кодируют структурные белки оболочки вируса. Сначала образуются белки-предшественники, которые затем разрезаются на меньшие по размеру белки. Так, например, ген gag у ВИЧ-1 кодирует первоначально большой белок-предшественник р53. Затем этот белок расщепляется в клетке на три меньших по размерам белка (р15, р17 и р24). Некоторые гены кодируют один белок, другие несколько. Так, единичный ген по имени pol обеспечивает вирус такими тремя специфическими белками-ферментами, как ревертаза, интеграза и протеаза.
Два других гена ВИЧ — tat и rev — кодируются разными не связанными между собой участками генома ВИЧ (такие гены иногда называют разорванными). Они обеспечивают синтез регуляторных белков, которые стимулируют транскрипцию вирусной ДНК и трансляцию РНК. Продукты этих генов способны влиять на работу не только вирусных, но и клеточных генов.
Еще один регуляторный ген — ген rief — выполняет, по-видимому, много различных функций (не все они еще хорошо изучены), в частности, его продукт может понижать содержание CD4-лимфоцитов, влияет на активность Т-лимфоцитов. Продукт гена vpr ингибирует размножение клеток, важен для размножения вируса в отдельных (неделящихся) типах клеток, ген vpu необходим для «почкования» вирусных частиц, а продукт гена vif осуществляет транспорт компонентов вируса в клетке. У ВИЧ-1 имеется ген, которого нет у ВИЧ-2 (ген vpu), и, наоборот, у ВИЧ-2 имеется один ген, которого нет у ВИЧ-1 (ген vpx). Функция гена vpx ВИЧ-2 пока малоизучена.
Кроме того, на концах каждой нити РНК содержатся нуклеотидные последовательности, которые осуществляют регуляцию работы вирусных генов.
Вот, собственно, и все. Тем не менее такого короткого генетического текста, записанного всего в 9 генах, вирусу вполне достаточно, чтобы обмануть человеческую клетку, влезть в нее и воспользоваться всеми возможностями, которые в ней имеются, для достижения своих корыстных целей.
Таблица 1
Гены и кодируемые ими белки у ВИЧ-1 и ВИЧ-2
Примечание: p — (от англ. — protein), белок; gp — (от англ. — glycoprotein), гликопротеин, т. е. белок, соединенный с остатками сахара. Цифрами указан молекулярный вес белков (в тысячах дальтон)
Если какая-нибудь маленькая песчинка попадет в наш организм и проникнет даже в кровь, она, несмотря на огромные по сравнению с вирусом размеры, ничего существенного сделать в клетке не сможет. Все дело в том, что неживая природа на владеет «генетическим языком», она не умеет разговаривать с живой и поэтому остается безмолвной. А вот вирус умеет «говорить» с клеткой, он способен без труда подложить ей свою лжепрограмму, которую клетка начинает воспринимать как свою собственную. Это подобно тому, как компьютерные вирусы, вероломно влезая в компьютеры и «говоря» с ними на общем языке, способны все испортить. Здесь также нормальная генетическая программа заменяется привнесенной извне лжепрограммой.
По мнению известного борца с компьютерными вирусами нашего бывшего соотечественника, проживающего в Америке, Е. Касперского, первый компьютерный вирус появился где-то в самом начале 70-х или даже в конце 60-х гг., хотя «вирусом» его тогда никто еще не называл. Термин «компьютерный вирус» появился позднее — официально считается, что его впервые употребил американец Ф. Коэн в 1984 г. на конференции по безопасности информации, проходившей в США. Здесь просматривается определенная аналогия с появлением ВИЧ в человеческой популяции и официальным его названием. Удивительно еще одно сходство. Компьютерные вирусы, как и ВИЧ, способны мутировать, для многих из них характерен полиморфизм. Наконец, несколько лет назад был зафиксирован случай, когда компьютерный вирус стал причиной гибели человека — в одном из госпиталей Нидерландов пациент получил летальную дозу морфия по той причине, что компьютер был заражен компьютерным вирусом и выдавал неверную информацию.
Жизненный цикл ВИЧ (круговорот ВИЧ в клетке)
Vices superbae
Еще со школы всем нам хорошо известно такое понятие, как круговорот веществ в природе. Так вот у ВИЧ тоже есть свой круговорот, а точнее, его жизненный цикл, который связан только с человеком, с определенными его клетками. В окружающей среде без человека вирус совершенно беспомощен и быстро погибает. Если случилось бы такое, что все человечество исчезло с планеты Земля, то тут же исчез бы и ВИЧ. На сегодняшний день это единственно возможный, хотя, понятно, совершенно нереальный, чисто фантастический способ освобождения нашей планеты от ВИЧ. ВИЧ подобен огню, существующему только, если есть горючий материал, сжигающему этот материал дотла и вместе с ним погибающему.