Вирусы, которые помогают иммунитету и защищают от рака

Наука и жизньНаука

Приручённые вирусы

Кирилл Стасевич

От вирусов мы не ждём ничего хорошего. Вирус гриппа, вирус полиомиелита, вирус гепатита С, коронавирус SARS-CoV-2 — список можно продолжать и продолжать... Тем не менее есть вирусы, которые помогают иммунитету синтезировать антитела, участвуют в развитии зародыша и защищают от рака. Эти вирусы не приходится ни вдыхать, ни глотать — они давно сидят прямо в нашем геноме. Как они туда попали?

Вирусы под прикрытием

Существует большая группа генетических элементов, называемых ретротранспозонами. На ретротранспозоны приходится около 45% нашего генома. Человек в этом смысле не представляет что-то особенное: ретротранспозоны и другие мобильные генетические элементы есть в ДНК едва ли не у всех живых организмов. У кукурузы, в которой транспозоны впервые открыли, они составляют целых 85% генома.

Любой ретротранспозон — это кусок ДНК, который умеет копировать сам себя в новые участки генома. У ретротранспозонов разное происхождение, но многие из них в далёком прошлом были вирусами из семей-ства ретровирусов.

Молекулярная жизнь ретровирусов хорошо изучена — просто потому, что ретровирусы существуют и сейчас. К ним принадлежит, например, печально известный вирус иммунодефицита человека, или ВИЧ. Свои гены ретровирусы хранят в РНК. Этим они отличаются от подавляющего большинства живых существ, хранящих генетическую информацию в ДНК.

Ретровирусы потому и получили в названии приставку ретро-, что генетическая информация идёт у них в обратном направлении. Сначала на вирусной РНК синтезируется одна цепочка ДНК — этот процесс называют обратной транскрипцией. Необходимый для такого процесса фермент обратная транскриптаза, или ревертаза, закодирован в вирусной РНК. На первой цепочке ДНК достраивается вторая, и вот уже в таком нормальном двуцепочечном виде вирусная ДНК готова встроиться в ДНК клетки. Для этого у ретровирусов есть другой специальный фермент — интеграза: она врезает небольшую вирусную ДНК в случайное место в клеточном геноме.

Дальше ретровирус препоручает себя заботам клеточных ферментов, работающих с ДНК и РНК. Клеточный аппарат транскрипции наполняет клетку вирусной РНК, а клеточные белоксинтезирующие машины собирают на этой РНК вирусные белки. Если вирус поселился в клетке, которая продолжает делиться, он заразит всех её потомков: копируя всю свою ДНК перед делением, клетка автоматически скопирует и вирусную последовательность.

Можно сказать, что вирус живёт и работает под прикрытием, притворяясь собственной клеточной ДНК. В неблагоприятных для вируса обстоятельствах, например, если клетка начнёт активно уничтожать вирусные белки, вирус умерит свою активность и на время как бы заснёт внутри клеточного генома.

В интересах клетки — чтобы вирус не просыпался как можно дольше. Она старается сделать так, чтобы та зона ДНК, где расположился вирус, оставалась неактивной, а белки, синтезирующие РНК, не обращали на вирусную ДНК никакого внимания. Ведь сама по себе ДНК ничего сделать не может: генетическую информацию нужно сначала скопировать (транскрибировать) в РНК, а потом на матрице РНК собрать белок (это называется трансляцией). Белки могут манипулировать РНК и ДНК, но если белков нет, вирусная ДНК остаётся в неактивном, спящем виде.

Пока вирусная ДНК спит, в ней могут происходить разные мутации. И если вдруг клетка ослабит надзор за вирусной последовательностью и начнут работать белки, синтезирующие вирусную РНК, то эта вирусная РНК из-за мутаций может оказаться ущербной. Полноценного вируса уже не получится, вирусные частицы формироваться не будут.

Но некоторые вирусные гены и белки остаются рабочими. Эти белки могут на РНК синтезировать ДНК и потом встраивать новые куски ДНК обратно в геном клетки. Так вирус превращается в ретротранспозон — теперь он не способен уйти из клетки, но зато может размножаться в пределах клеточного генома.

Мобильные генетические элементы делятся на два класса: ретротранспозоны и ДНК-транспозоны. Ретротранспозоны размножаются в геноме через РНК-стадию: на ДНК ретротранспозона синтезируются РНК-копии, на которых потом синтезируются ретротранспозонные ДНК, и эти ДНК встраиваются в новые участки генома. У ДНК-транспозонов нет РНК-стадии. Разные типы ДНК-транспозонов используют разные механизмы, чтобы путешествовать по геному, но самый распространённый — это когда транспозон вырезает себя из одного места в ДНК и вставляет в другое.

Приручение вируса

Хотя все ретротранспозоны схожи с ретровирусами по поведению, тем не менее не все ретротранспозоны — это бывшие вирусы. Те, у кого действительно есть вирусное прошлое, относятся к классу эндогенных ретровирусов, или ERV (endogenous retroviruses); соответственно, человеческие эндогенные ретровирусы обозначают как HERV (human endogenous retroviruses).

Оказавшись заперты в геноме, они всё равно ведут себя как настоящие вирусы, — то есть изо всех сил пытаются размножаться (собственно, это относится ко всем ретротранспозонам). Хорошо, если транспозон скопирует себя в ДНК, где нет никаких генов и регуляторных последовательностей. Но если он попадёт, например, в ген какого-то белка, то это будет серьёзная мутация. Такой ген либо вообще отключится, либо белок, который он кодирует, окажется настолько изменённым, что принесёт клетке больше вреда, чем пользы.

Естественно, любая клетка старается подавить активность мобильных генетических элементов. Чтобы ретротранспозон мог скопировать себя, ему нужна РНК, поэтому лучше всего просто не подпускать белки, которые занимаются транскрипцией, к тому месту в ДНК, где сидит ретротранс-позон. Для этого у клетки есть средство под названием метилирование ДНК: специальные ферменты прикрепляют к ДНК метильные группы, после чего метилированный фрагмент становится недоступен для транскрипции. Вообще метилирование и деметилирование ДНК — очень мощный инструмент регуляции активности генов, и подавление мобильных генетических элементов — лишь один из примеров того, как клетка его использует.

Если на ретротранспозоне всё-таки синтезировалась РНК, её можно разрушить. Тут включаются другой механизм под названием РНК-сайленсинг (от англ. silence — молчание). В нём главную роль играют небольшие самостоятельные клеточные РНК: они вместе со специальными белками ищут транспозонную РНК и расщепляют её — то есть заставляют замолчать. Ретротранспозонов в клеточном геноме очень много, но и специальных антиретротранспозонных РНК у клетки тоже есть целые отряды. Так или иначе, эндогенные ретровирусы стараниями клетки сидят молча в геноме и постепенно меняются, становясь безвредными. Некоторые — те, что помоложе, — сохранились достаточно хорошо, удержав гены вирусных белков. Один из примеров — класс человеческих эндогенных ретровирусов под названием HERVK. Они попали к нам всего лишь около 200 тыс. лет назад, но к сегодняшнему дню HERVK свою «вирусность» потеряли, копировать себя сами они уже не могут, а их белки не способны сформировать полноценные вирусные частицы. Их можно сравнить с одомашненным диким зверем, который стал безвредным и послушным.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Наполеон: в императоры из республиканца Наполеон: в императоры из республиканца

Диктатура Наполеона слишком изменила и страну, и народ

Дилетант
5 ошибок при стирке, которые «убивают» вашу машину 5 ошибок при стирке, которые «убивают» вашу машину

Проверьте себя: действительно ли вы стираете правильно?

CHIP
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
8 простых техник психологической манипуляции на каждый день 8 простых техник психологической манипуляции на каждый день

Удивительно простые приемы, которые помогают располагать к себе людей

Maxim
Погружение в Африку Погружение в Африку

Маршрут доктора Дэвида Ливингстона вглубь Африки спустя 160 лет

Вокруг света
Биография Илона Маска. Жизнь самого известного человека 21 века Биография Илона Маска. Жизнь самого известного человека 21 века

Илон Маск — человек или инопланетянин?

Цифровой океан
Свет и блеск Достоевского Свет и блеск Достоевского

Тернистый путь, пройденный Фёдором Михайловичем Достоевским

Наука и жизнь
Всего лишь конец света: 5 лучших ролей Гаспара Ульеля Всего лишь конец света: 5 лучших ролей Гаспара Ульеля

Вспоминаем значимые роли Гаспара Ульеля

Esquire
Андрей Курпатов: «Изменения, которые происходят у нас на глазах, – абсолютно фундаментальные!» Андрей Курпатов: «Изменения, которые происходят у нас на глазах, – абсолютно фундаментальные!»

Когда тебе в руки попадает доктор Курпатов, мелочиться в вопросах не стоит

Maxim
«Раньше музыкальные продажи росли благодаря радио, теперь — исключительно благодаря TikTok» «Раньше музыкальные продажи росли благодаря радио, теперь — исключительно благодаря TikTok»

Как TikTok изменил рынок музыки?

VC.RU
Бисмарк: коварный циник и создатель единой Германии Бисмарк: коварный циник и создатель единой Германии

Немцы редко гордятся методами, которые Бисмарк использовал для достижения целей

Дилетант
Кто здесь самый умный? Кто здесь самый умный?

Что такое умный дом, каким он бывает и как с ним жить?

AD
Два герцога: Ришельё против Бэкингема Два герцога: Ришельё против Бэкингема

Противостояние Англии и Франции в XVII веке — это ещё и противостояние министров

Дилетант
Главное – говори! Главное – говори!

Чулпан Хаматова празднует 15-летие фонда «Подари жизнь»

Harper's Bazaar
Остатки дипломатии: как Москва и Вашингтон борются с «русскими хакерами» Остатки дипломатии: как Москва и Вашингтон борются с «русскими хакерами»

США и Россия могут совместно бороться с цифровыми угрозами

Forbes
Чем отличается ультрабук от ноутбука и что лучше выбрать Чем отличается ультрабук от ноутбука и что лучше выбрать

Ультрабуки часто сравнивают и путают с ноутбуками

Playboy
11 упражнений с гирей для новичков и профессиональных спортсменов 11 упражнений с гирей для новичков и профессиональных спортсменов

Тренировки с гирей улучшают общее состояние организма

РБК
Почему мы изменяем своим любимым во сне и что это может значить Почему мы изменяем своим любимым во сне и что это может значить

Измены во снах — стоит ли о них беспокоиться?

GQ
Чтение на 15 минут: «Лингвисты, пришедшие с холода» Чтение на 15 минут: «Лингвисты, пришедшие с холода»

Глава из книги Марии Бурас «Лингвисты, пришедшие с холода»

Arzamas
Человеку впервые пересадили две свиные почки Человеку впервые пересадили две свиные почки

Новый эксперимент в трансплантологии

National Geographic
Хочу учиться до 100 лет Хочу учиться до 100 лет

Герои статьи вновь оказались в статусе студентов, когда им было больше 60 лет

Лиза
10 культовых фильмов, которым в 2022-м году исполняется 20 лет 10 культовых фильмов, которым в 2022-м году исполняется 20 лет

В этой подборке мы вспомнили 10 культовых картин, которые празднуют юбилей

Cosmopolitan
Онлайн или офлайн-обучение: что выбрать Онлайн или офлайн-обучение: что выбрать

Сравниваем онлайн- и офлайн-обучение, чтобы вы смогли выбрать подходящее вам

Популярная механика
Мода в кино. Отрывок из книги Кристофера Лаверти Мода в кино. Отрывок из книги Кристофера Лаверти

Отрывок из книги «Мода в кино» — о том, как придумывали образы для героев кино

СНОБ
Между войной и бездействием: какие риски ждут россиян Между войной и бездействием: какие риски ждут россиян

Чего боятся в России и насколько это совпадает со страхами жителей других стран?

Forbes
Электромагнитное излучение процессора выдало замаскированное вредоносное ПО Электромагнитное излучение процессора выдало замаскированное вредоносное ПО

Новый метод, позволяющий обнаружить работу вредоносного программного обеспечения

N+1
Мотивации Нео: что может увидеть специалист по психологии бизнеса в новой «Матрице» Мотивации Нео: что может увидеть специалист по психологии бизнеса в новой «Матрице»

Чтобы понять последнюю «Матрица», надо распаковать идеи современной психологии

Forbes
Соль земли Соль земли

Полезные ископаемые, в которых отразилась история планеты

Вокруг света
Не поздно нам сделать остановку Не поздно нам сделать остановку

Мы живем в условиях вечной гонки, где остановки все больше похожи на пит-стопы

Men’s Health
«Наука и жизнь» № 11, 1982 г. Ещё не кровь, но уже не водица «Наука и жизнь» № 11, 1982 г. Ещё не кровь, но уже не водица

Летом 1982 года проходил в столице Первый Всесоюзный биофизический съезд

Наука и жизнь
Открыть в приложении