90192 (Являются ли вирусы живыми организмами), страница 8

Ретровирусы

Ретровирусы обладают свойствами как РНК, так и ДНК-содержащих вирусов. В вирионе ретровирусов содержится РНК, однако внутри клетки они существуют в виде ДНК, интегрированной с геномом клетки-хозяина. По существу, РНК этих вирусов, проникая в клетку, превращается в ее гены, которые могут передаваться потомкам в виде стабильных интегрированных молекул ДНК. ДНК-вирусов, которые наследовались бы подобным образом, не обнаружено, так как все ДНК- содержащие вирусы вызывают продуктивную инфекцию и убивают клетки, в которых они размножаются. Включаться в геном клетки-хозяина ДНК-содержащие вирусы могут только в случаях “непродуктивных” вирусных инфекций. Ретровирусы, напротив, размножаясь путем почкования, подобно многим другим РНК- вирусам, поддерживают продуктивную инфекцию, не вызывая гибели клетки-хозяина. Из сказанного ясно, что центральная проблема, без решения которой нельзя понять механизм репродукции этих вирусов, состоит в том, каким образом они превращаются из РНК-вирусов в ДНК-гены; этот процесс был назван обратной транскрипцией, ибо здесь направление потока биологической информации изменено на обратное.

Обнаружено много самых разнообразных ретровирусов. Некоторые из них способны вызывать злокачественные опухоли. Лучше других изучены вирус саркомы Рауса и вирусы, вызывающие лейкозы у кур и мышей. Из всех известных РНК-содержащих вирусов злокачественные опухоли могут вызвать только ретровирусы. Именно поэтому их принято называть общим термином “опухолеродные РНК-вирусы”, хотя многие ретровирусы не вызывают ни злокачественных, ни каких-либо иных клинически выраженных заболеваний. Поэтому в единую классификационную группу их объединяет лишь способ репродукции. Подобно другим группа вирусов, различные виды ретровирусов также отличаются друг от друга по размеру и морфологическим особенностям вирионов, числу белков, а также по кругу чувствительных хозяев.

Влияние вирусной инфекции на клеточном уровне

Различают три вида воздействий, оказываемых вирусами животных на клетки. Легче всего выявляется деструктивный, или цитолитический, эффект, для которого характерно обширное повреждение множества различных клеточных органелл. Вероятно, вирус - специфические макромолекулы вызывают первичное повреждение, влекущее за собой цепь вторичных деструктивных процессов, в которых участвуют уже продукты метаболизма самой клетки. На другом конце спектра возможных последствий находится явление трансформации, когда зараженная вирусом клетка приобретает способность к неограниченному делению. По-видимому, это результат устойчивой интеграции вирусного генома или его части с геномом клетки, которая не приводит к ее гибели. Трансформированная клетка часто выходит из-под контроля механизмов, регулирующих клеточное деление. Действие некоторых вирусов, геном которых не включается в хромосомы клеток, занимает промежуточное положение между резко выраженным деструктивным эффектом и трансформирующим действием. В этих случаях зараженные клетки еще некоторое время функционируют и по меньшей мере в одном случае - при заражении парамиксовирусами - продолжают расти и делиться, одновременно продуцируя вирус (“персистентная инфекция”). Возможна еще одна категория реакции клеток, при которой можно говорить об индуктивном действии вируса. Многие вирусы способны индуцировать образование в зараженной клетке белков, кодируемых не вирусным, а клеточным геномом, но, по-видимому, синтезируемых клетками в ответ на вирусную инфекцию. Этот тип реакции не обязательно связан с тем или иным конечным результатом взаимодействия вируса с клеткой.

Цитолическое действие вирусов: биохимические данные.

Зная, что многие вирусы вызывают резкие деструктивные изменения клеток-хозяев, биохимики заинтересовались вопросом, прекращается ли при этом синтез всех клеточных белков РНК и ДНК, и если да, то в какой последовательности. Ответы сводятся к следующему:

1. Вероятно, различные вирусы подавляют синтез клеточных белков, используя разные механизмы. Степень и время этого подавления тоже неодинаковы.

2. Нередко вирус блокирует накопление клеточной РНК, приостанавливая процессинг пре-р РНК, но никак не влияя на ее синтез. Образование клеточной т РНК часто не снижается. Во многих случаях бывает нарушен синтез клеточных м РНК, но механизм этого нарушения совершенно неясен.

3. Нередко бывает подавлена инициация синтеза клеточной ДНК, однако при некоторых вирусных инфекциях клетки, уже вошедшие в фазу S, могут завершить цикл синтеза ДНК, а клетки, прошедшие через фазу S, могут пройти и через митоз. Ингибирование синтеза клеточной ДНК- это вероятно, вторичное следствие прекращение синтеза белка, так как синтез ДНК идет лишь в том случае, если одновременно продолжается синтез белка.

Интерферон

Рассматривая здесь интерферон только как белок, синтезируемый клеткой в ответ на вирусную инфекцию и придающий устойчивость к инфекции другим клеткам, это значило бы игнорировать историю открытия интерферона и связь его с давно известным явлением интерференции вирусов.

Уже давно было известно, что животное часто приобретает защиту от вирулентного действия одного вируса в результате одновременного или предшествующего заражения менее вирулентным штаммом того же вируса или каким-либо другим, неродственным вирусом. Впервые это явление было подвергнуто количественному анализу при изучении тормозящего действия ненейротропных штаммов вируса гриппа на размножение нейратропного штамма. Такое действие оказывает не только живой вирус: образование инфекционного вируса гриппа в куриных эмбрионах вирусом гриппа, облученным ультрафиолетом.

Айзекс и Линдеман обнаружили, что аллантоисная жидкость куриных эмбрионов, в которые был введен облученный вирус, тоже обладает интерферирующей активностью. Вещество, ответственное за эту активность, было названо интерфероном. Оно блокирует репродукцию самых различных РНК- и ДНК- вирусов как в куриных эмбрионах, так и в культурах клеток. Интерферон образуется и в организме многих животных. Это также синтезирует in vitro клетки самых различных типов, как нормальные, так и злокачественные, хотя и в весьма разных количествах. Особенно хорошими продуцентами интерферона могут служить клетки Lмыши и специально выведенная линия фибробластов человека. Большие количества интерферона вырабатывают также циркулирующее в крови лейкоциты. Наконец, некоторые ткани, по-видимому, накапливают интерферон, так как введение в организм различных неспецифических токсичных веществ, например бактериального эндотоксина, быстро приводит к появлению в сыворотке крови больших количеств вещества, тормозящего размножение вирусов - скорее всего интерферона.

Одно время полагали, что интерфероны строго водоспецифичны, однако это неверно. Например, интерфероны человека и обезьяны защищают от вирусов как клетки человека, так и клетки обезьян, позднее было обнаружено, что это относится и к интерферонам более далеких друг от друга видов, например человека и различных грызунов. Однако эффективность гетерологичных интерферонов сильно варьирует.

Степень защиты того или иного вируса определяется типом клеток, а не интерферона. Интерферон человека защищает клетки человека от вируса везикулярного стоматита лучше, чем от вируса леса Семлики, и такое же соотношение наблюдается при защите клеток человека интерфероном обезьяны. Напротив, клетки обезьяны получают большую защиту от второго из этих вирусов, чем от первого, независимо от того, какой из двух интерферонов к ним добавляют.

Интерферон - очень активный белок. Человеческий интерферон уже в концентрации 10^-11 М препятствует размножению вируса везикулярного стоматита в фибробластах человека. Для сравнения напомним, что полипептидные гормоны, например инсулин, глюкагон и другие, физиологически активны в концентрациях от 5х10^-10 до 1х10^-8 М.

Даже без полной очистки интерферона можно продемонстрировать его гетерогенность. Интерфероны, продуцируемые клетками одного вида, например человека, могут защищать от вирусов клетки других, весьма отдаленных видов, например кролика. Стюарт и Десмайтер определили молекулярный вес интерферона человеческих лейкоцитов, защищавшего от вирусов клетки как человека, так и кролика. В неочищенных препаратах они обнаружили два вида активных молекул с мол. Весами около 21000 и 15000 соответственно. Активность меньше молекул в отношении клеток человека оказалась в 20 раз большей, чем в отношении клеток кролика, тогда как более крупные молекулы были в обоих случаях одинаково активны. Кроме того, интерферон с мол. Весом 15000 полностью инактивировался под действием В-меркаптоэтанола, который разрывает дисульфидные мостики, а активность интерферона с мол. Весом 21000 не изменялась. Таким образом многие клетки (если не большинство их) продуцируют два вида полипептидов, обладающих активностью интерферона. Индукция синтеза интерферона и индукция интерфероном “противовирусного” состояния клетки - два тесно связанных между собой, но, вероятно различных явления. Клетки, приобретающие устойчивость к вирусам, могут продуцировать интерферон. Однако за устойчивость клеток почти наверняка ответствен не сам интерферон, а какой-то другой белок, ибо от момента добавления интерферона до полного развития у них устойчивости к вирусам проходит много часов, и после этого клетки могут и не продуцировать обнаружимых количеств интерферона. Тем не менее добавление вируса к клеткам, защищенным с помощью интерферона, может привести к дополнительной выработке интерферона этими клетками.

Индукция интерфероном устойчивости клеток к вирусам

Клетки в культуре in vitro , в которых синтез интерферона индуцирован убитым вирусом или полинуклеотидами, также становятся устойчивыми к вирусам. Кроме того, многие клетки, подвергшиеся воздействию интерферона, при заражении их вирусом вырабатывают очень большие добавочные количества этого вещества. Однако некоторые клетки обезьян хотя и становятся устойчивыми к вирусам после воздействия интерферона обезьяны, не могут вырабатывать обнаружимых количеств интерферона и не приобретают устойчивости к вирусам после воздействия poly (е) poly (с) и других двухцепочечных РНК. Кроме того, клетки этой линии в отличие от большинства других почечных клеток обезьян после заражения их вирусом краснухи не становятся устойчивыми по многим другим вирусам. Показано также , что в тех случаях, когда индукция интерферона при помощи poly(е) poly (с) сочетается с добавлением к культуре анти-интерфероновых антител, клетки не становятся устойчивыми к вирусной инфекции.

Все этим данные позволяют предполагать, что для создания устойчивости к вирусам нужно, чтобы на поверхности клетки оказались небольшие количества интерферона. Возможно, что при индукции устойчивости с помощью poly (е) poly (с) вначале образуется интерферон, а затем уже этот интерферон индуцирует состояние устойчивости. Однако после того как это состояние полностью сформировалось, образования клетками интерферона обнаружить не удается и если не прибавляют снова интерферон, устойчивость исчезает. Результаты ряда других экспериментов также подкрепляют гипотезу о том, что интерферон индуцирует устойчивость клеток к вирусам, взаимодействуя с клеточной мембраной.

Молекулярная основа устойчивости клеток к вирусам.

Хотя устойчивость, индуциорованная интерфероном, защищает клетки от самых различных ДНК РНК-вирусов, степень защиты от разных вирусов неодинакова. Кроме того, для достижения сходной степени защиты клеток одной и той же культуры от различных вирусов нужны различные количества интерферона. Миксовирусы, тогавирусы и вирус осповакцины, у которых имеется оболочка, содержащая липиды, более чувствительны к действию интерферона, чем аденовирусы и энтеровирусы. Однако ряд вирусов, обладающих оболочкой, в том числе вирусы герпеса и ньюкаслской болезни, более устойчивы к интерферону. Наиболее устойчивы мелкие РНК-содержание икосаэдрические вирусы. Интерферон блокирует вирусную инфекцию после адсорбции вируса и проникновения его в клетку. Поскольку интерферон может подавлять репликацию как РНК-, так и ДНК-содержащих вирусов, логично предположить, что он ингибирует трансляцию вирусных м РНК на рибосомах клетки - процесс, общий для всех вирусов. Такого рода эффект мог бы реализоваться при участии противовирусного белка, способного отличать клеточные м РНК от вирусных. Однако при изучении синтеза белка в экстрактах клеток, обработанных интерфероном, не было получено убедительных данных о том, что такие системы нормально транслируют клеточные м РНК, но не транслируют вирусных м РНК. Таким образом, несмотря на привлекательность простейшей гипотезы, объясняющей действие интерферона избирательным подавлением трансляции вирусных м РНК, нужно признать, что ни один простой механизм не согласуется со всеми известными данными об устойчивости клеток к вирусной инфекции.