Сотрудник Института физико-химической биологии (НИИ ФХБ) имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российским коллегой проанализировали способы поддержания жизнеспособности РНК-содержащих вирусов и механизмы, которые позволяют им избавляться от нежелательных мутаций. Исследование опубликовано в журнале Microbiology and Molecular Biology Reviews.
Работа представляет собой обзор собственных и литературных исследований, посвященных консервативности и изменчивости геномов вирусов, хранящих свой генетический материал в виде молекул РНК. Авторы сопоставили ранее разрозненные факты и сформулировали общие закономерности, объясняющие устойчивость геномов и одновременно их способность быстро изменяться и закреплять полезные мутации.
При воспроизводстве РНК-вирусов в их геномах появляется большое количество мутаций — ошибок при копировании цепочки нуклеотидов. Объясняется это, прежде всего, низкой точностью работы вирусных РНК-полимераз — ферментов, синтезирующих дочерние молекулы на матрице геномных РНК. Из-за неточности копирования популяции таких вирусов генетически чрезвычайно неоднородны.
Некоторые из возникающих мутаций могут резко ослаблять жизнеспособность вирусов или даже быть смертельно опасными, однако популяция обычно сохраняет основные свойства. Здесь срабатывает естественный отбор: носители вредных признаков имеют меньше шансов выжить и передать эти признаки при копировании. Устойчивость геномов такова, что популяции остаются практически идентичными даже у вирусов, которые выращивались в течении 30 лет в разных странах.
Сосуществование вирусов с разнообразными геномами помогает популяции выжить, если условия резко меняются: при таком изменении (например, когда вырабатывается иммунитет или человек начинает принимать противовирусные препараты) выживут вирусы, случайно уже имеющие нужные свойства, полученные в результате генетических ошибок.
Однако при распространении вирусов внутри организма или между организмами они часто встречаются с разнообразными барьерами, которые удается преодолеть единичным вирусным частицам. Чисто случайно это могут быть мутанты с пониженной жизнеспособностью. Парадоксальным образом их жизнеспособность может восстанавливаться именно благодаря неточности копирования, создающей, среди прочих, и благоприятные мутации.
У вируса есть два способа для восстановления жизнеспособности. Первый — «починить» поврежденный элемент, второй — изменить другой функциональный участок так, чтобы компенсировать нарушение. В обоих случаях в результате такой «починки» либо восстанавливаются основные биологические свойства исходной вирусной популяции, либо возникает новая разновидность вируса.
«Таким образом, в основе “выздоровления” вирусов лежит неточность генетического копирования, которая, кроме того, является важнейшим фактором, помогающим вирусам приспосабливаться к неблагоприятным условиям существования, в том числе защитным механизмам организма и противовирусным лекарствам», — заключил один из авторов работы, заведующий Отделом взаимодействия вирусов с клеткой НИИ ФХБ Вадим Агол.
Соавтором работы является сотрудник Института полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П. Чумакова.
Фото: Схематическая иллюстрация строения РНК-содержащего вируса. Girish Khera/Wikimedia Commons