Межвидовой барьер. Неизбежное будущее человеческих заболеваний и наше влияние на него - Дэвид Куаммен

специфицировать аминокислоту, нужно три нуклеотидных основания, а чтобы сделать белок – в среднем 250 аминокислот (хотя некоторые белки намного больше). Гены именно этим и занимаются – производством белков; все остальное и в клетке, и в вирусе происходит благодаря вторичным реакциям. Так что геном, состоящий из всего двух тысяч кодовых букв, или даже 1300 (как у гриппа) или 30 000 (как у SARS), – это довольно-таки фрагментарный набор инструкций. Впрочем, даже с таким маленьким геномом, кодирующим всего восемь или десять белков, вирусы бывают очень ушлыми и эффективными.

Перед вирусами стоит четыре основных задачи: добраться от одного носителя до другого, проникнуть внутрь клетки этого носителя, использовать механизмы и ресурсы этой клетки для производства многочисленных копий себя, а потом выбраться – из клетки, из организма носителя, – и начать цикл заново. Структура и генетические возможности вирусов полностью заточены под эти задачи.

Сэр Питер Медавар, выдающийся британский биолог, получивший Нобелевскую премию в один год с Макфарлейном Бёрнетом, называл вирусы «плохой новостью, завернутой в белок»[156]. Под «плохой новостью» Медавар имел в виду генетический материал, который часто (но не всегда) приносит вред носителю, когда эксплуатирует его клетки для укрытия и размножения. Белковая обертка называется капсидом. Капсид служит двум целям: защищает внутренности вируса, когда им необходима защита, и помогает вирусу пробраться в клетку. Отдельная единица вируса, одна частица, находящаяся вне клетки, называется вирионом. Кроме того, капсид определяет внешнюю форму вируса. Вирионы Эболы и лихорадки Марбург, например, представляют собой длинные нити, из-за чего их объединили в группу, известную как филовирусы (filum – по-латински «нить»). Частицы других вирусов бывают сферическими или овоидными, или спиралевидными, или икосаэдрическими (двадцатигранными, как футбольные мячи, спроектированные Бакминстером Фуллером). Частицы ВИЧ-1 – шарообразные. Вирионы бешенства похожи на пули. Тарелка вирионов Эболы, перемешанных с вирионами Хендры, напоминала бы ка-пеллини с легким соусом из каперсов.

Многие вирусы обертывают себя в еще один слой – оболочку, состоящую не только из белков, но и молекул липидов, позаимствованных у клеток носителя – в некоторых случаях оторванных от клеточной стенки в момент выхода вириона. Внешняя сторона оболочки вириона может быть украшена множеством колючкообразных молекулярных выступов-шипи-ков, напоминающих детонаторы на старых морских минах. Эти шипики играют важнейшую роль. Они специфичны для каждого вида вируса и обладают похожей на ключ структурой, которая подходит к молекулярным «замкам» на внешней поверхности клетки, выбранной целью вируса; вирион стыкуется с клеткой, словно «Союз» с «Аполлоном», и открывает себе дорогу внутрь. Специфичность шипиков не только определяет, каких именно носителей может заражать данный вирус, но и в какие именно клетки – нервные, желудочные, дыхательной системы – вирус умеет наиболее эффективно проникать и, соответственно, какую болезнь вызывать. Шипики, безусловно, полезны для вируса, но вместе с тем они являются его уязвимой точкой. Они представляют собой главную цель иммунной реакции зараженного носителя. Антитела, вырабатываемые лейкоцитами, – это молекулы, которые прилипают к шипикам и мешают вириону прикрепиться к клетке.

Капсид не нужно путать с клеточной стенкой или мембраной. Это просто аналогия. Вирусы с самого зарождения вирусологии получали негативные определения (не ловятся фильтром, не растут в питательной среде, не совсем живые), и самая фундаментальная негативная аксиома состоит в том, что вирион не является клеткой. Он функционирует не так, как клетка; он не обладает такими же возможностями или уязвимостями. Именно поэтому вирусы неуязвимы для антибиотиков – химических веществ, которые ценятся благодаря своей способности убивать бактерии (клеточные организмы) или, по крайней мере, замедлять их рост. Пенициллин работает, не позволяя бактериям строить клеточные стенки. Так же работают и его синтетические альтернативы, например, амоксициллин. Тетрациклин работает, вмешиваясь во внутренние метаболические процессы, с помощью которых бактерии вырабатывают новые белки для роста и размножения клеток. У вирусов нет ни клеточных стенок, ни метаболических процессов, так что убийственные эффекты всех этих лекарств на них не действуют.

Внутри вирусного капсида обычно нет ничего, кроме генетического материала, набора инструкций по созданию новых вирионов по тому же шаблону. Эти инструкции могут быть выполнены, только если попадут в живую клетку. Сам материал может представлять собой ДНК или РНК – в зависимости от семейства вирусов. И та, и другая молекулы умеют записывать и экспрессировать информацию; и у той, и у другой есть свои достоинства и недостатки. Герпесвирусы, поксвирусы и папилломавирусы содержат ДНК, равно как и полдюжины вирусных семейств, о которых вы и не слышали никогда, в том числе иридовирусы, бакуловирусы и ге-паднавирусы (один из которых вызывает гепатит B). Другие, в том числе филовирусы, ретровирусы (самый печально знаменитый из них – ВИЧ-1), коронавирусы (SARS-CoV) и семейства, включающие возбудителей кори, паротита, Хендры, энцефалита Нипах, желтой лихорадки, лихорадки денге, лихорадки Западного Нила, бешенства, боливийской геморрагической лихорадки (Мачупо), аргентинской геморрагической лихорадки (Хунин), лихорадки Ласса, чикунгуньи, все хантавирусы, все вирусы гриппа и простуды, хранят свою генетическую информацию в форме РНК.

Разные свойства ДНК и РНК обуславливают одно из самых ключевых различий между вирусами: скорость мутации. ДНК – это двухцепочечная молекула, знаменитая «двойная спираль», и, поскольку две ее нити соединяются между собой благодаря очень специфическим взаимоотношениям между парами нуклеотидных оснований (аденин связывается только с тимином, цитозин – только с гуанином), она обычно исправляет ошибки в расположении оснований при копировании. Эти «ремонтные работы» проводятся ДНК-полимеразой, ферментом, который запускает сборку новой ДНК из отдельных нитей. Если аденин по ошибке появляется по соседству с гуанином, а не правильным «партнером», то полимераза обнаруживает эту ошибку, отступает назад на одну пару, исправляет неверное сочетание, а потом работает дальше. Так что скорость мутации большинства ДНК-вирусов довольно низкая. РНК-вирусы, которые кодируются одноцепочечной молекулой без коррекционных процедур, без четко сложившихся пар, без корректирующей полимеразы, могут мутировать в тысячи раз чаще. (Для полноты картины – существует небольшая группа ДНК-вирусов, которая кодирует свои гены на одной нити ДНК и мутирует гораздо чаще, как РНК-вирусы. Есть и небольшая группа двухцепочечных РНК-вирусов. Из каждого правила есть исключение. Но мы не станем обращать внимания на эти малозначительные аномалии, потому что тут и так уже все слишком сложно.) Главный вывод здесь настолько важен, что я, пожалуй, повторю его еще раз, более простыми словами. РНК-вирусы мутируют просто как не в себя.

Мутация обеспечивает новые генетические вариации. Вариации – это сырье, с которым работает естественный отбор. Большинство мутаций вредно, вызывает серьезные нарушения функций, и мутантные формы оказываются в эволюционном тупике. Но иногда мутация бывает полезной и адаптивной. И чем больше происходит мутаций, тем больше вероятность, что среди них попадутся хорошие. (С