Что такое модификация вирусов

Сам ты искусственный.

Научно‑популярное издание о том, что происходит в науке, технике и технологиях прямо сейчас.

Исследования смертельно опасных вирусов часто кажутся людям излишне рискованными и служат источником для возникновения конспирологических теорий. В этом смысле не стала исключением и начавшаяся пандемия COVID‑2019 — в Сети то и дело возникают панические слухи о том, что вызвавший её коронавирус был выращен искусственно и то ли специально, то ли по недосмотру выпущен в свет. В нашем материале мы разбираем, зачем люди продолжают работать с опасными вирусами, как это происходит и почему вирус SARS‑CoV‑2 совсем не похож на беглеца из лаборатории.

Человеческое сознание не может принять бедствие как случайность. Что бы ни произошло — засуха, лесной пожар, даже падение метеорита, — нам необходимо найти какую‑то причину произошедшего, нечто, что поможет дать ответ на вопрос: почему это случилось сейчас, почему это случилось с нами и что надо сделать, чтобы это не произошло вновь?

Эпидемии здесь не исключение, скорее, даже правило — не счесть конспирологических теорий вокруг ВИЧ, архивы фольклористов ломятся от историй о заражённых иглах, оставленных в сиденьях кинотеатров, об инфицированных пирожках.

Болезнь оказалась сибирской язвой, а её источником стал завод по производству бактериологического оружия, где по одной из версий, забыли вернуть на место защитный фильтр. Всего погибло 68 человек, причём 66 из них, как выяснили авторы исследования, опубликованного The Sverdlovsk anthrax outbreak of 1979 в журнале Science в 1994 году, жили точно в направлении выброса с территории военного городка 19.

Схема, показывающая направление выброса с территории завода по производству бактериологического оружия

Этот факт, а также необычная для сибирской язвы форма болезни — лёгочная — практически не оставляют места для официальной версии, гласившей, что эпидемия была связана с заражённым мясом.

Можно ли сказать, что сейчас происходит нечто подобное, но в глобальном масштабе? Могли ли учёные создать новый, более опасный искусственный вирус? Если да, то как и зачем они это сделали? Можем ли мы определить происхождение нового коронавируса? Можем ли мы считать, что тысячи людей погибли из‑за ошибки или преступления биологов? Попробуем разобраться.

Птицы, хорьки и мораторий

В 2011 году две исследовательские группы под руководством Рона Фуше и Йошихиро Каваока заявили, что им удалось модифицировать вирус птичьего гриппа H5N1. Если исходный штамм может передаваться к млекопитающему только от птицы, то модифицированный мог передаваться и среди млекопитающих, а именно хорьков. Эти животные были выбраны в качестве модельных организмов потому, что их реакция на вирус гриппа наиболее близка человеческой.

Статьи с результатами исследования и описанием методов работы были отправлены в журналы Science и Nature — но не были опубликованы. Публикация была остановлена по требованию Национальной научной комиссии по биобезопасности США, посчитавшей, что технология модификации вируса может попасть в руки террористов.

Идея облегчить опасному вирусу, от которого умирает 60 процентов заболевших птиц, распространение среди млекопитающих вызвала бурные обсуждения Benefits and Risks of Influenza Research: Lessons Learned и в научном сообществе.

Итогом дискуссии стал добровольный 60‑месячный мораторий на исследования по этой тематике, отменённый в 2013 году после принятия новых регулирующих норм.

Работы Фуше и Каваоки в конце концов были опубликованы Airborne Transmission of Influenza A/H5N1 Virus Between Ferrets (правда, из статей убрали некоторые ключевые детали), и они наглядно продемонстрировали, что для перехода к распространению между млекопитающими вирусу надо очень мало и риск появления такого штамма в природе велик.

В 2014 году, после нескольких инцидентов в американских лабораториях, министерство здравоохранения США полностью остановило проекты, связанные с исследованиями трёх опасных патогенов: вируса гриппа H5N1, MERS и SARS. Тем не менее в 2019 году учёным удалось договориться EXCLUSIVE: Controversial experiments that could make bird flu more risky poised to resume о том, что часть работ по изучению птичьего гриппа будет всё-таки продолжена с усиленными мерами безопасности.

Катастрофа в пробирке

Зачем обычные гражданские учёные, не военные и не террористы, рискуют жизнью миллионов человек, создавая потенциально опасные штаммы вирусов? Почему нельзя ограничиться исследованием уже существующих вирусов, тоже доставляющих немало проблем?

Если коротко, учёные хотят овладеть методом предсказания, как именно может произойти катастрофа, и заранее найти способ её остановить или хотя бы снизить ущерб.

Появление смертельно опасного и легко распространяющегося вируса с неизученным поведением представляет угрозу для людей. Если учёные и медики понимают, как именно происходит трансформация потенциального патогена и заранее знают его основные свойства, противостоять новой напасти — или предотвратить её — становится значительно легче.

Многие крупные эпидемии последних лет были связаны с тем, что вирус, распространённый среди животных, в результате эволюции приобретал способность заражать людей и передаваться от человека к человеку.

В этом переходе большую роль играют промежуточные хозяева, в которых вирус может пройти необходимую адаптацию. В случае эпидемии 2003 года эту роль сыграли циветы. Сперва вирус летучих мышей жил в них, не вызывая симптомов, и только потом — пройдя адаптацию — перескочил к людям.

Это был не единственный потенциально опасный штамм: в 2007 году в окрестностях того же Уханя исследователи обнаружили Natural Mutations in the Receptor Binding Domain of Spike Glycoprotein Determine the Reactivity of Cross‑Neutralization between Palm Civet Coronavirus and Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus цивет — носителей сестринского для штамма SARS‑CoV вируса, который на проверку очень плохо, но мог связываться с рецепторами человеческих клеток.

В 2013 году у летучих мышей — подковоносов был обнаружен Isolation and characterization of a bat SARS‑like coronavirus that uses the ACE2 receptor коронавирус, способный использовать для попадания в клетки не только их собственные рецепторы ACE2, но и рецепторы цивет и людей. Это поставило под сомнение необходимость промежуточного хозяина.

Чтобы спрогнозировать угрозу, исходящую от потенциального патогена, требуется понимать, как именно он может измениться и каких изменений ему достаточно для того, чтобы стать опасным. Часто для этого недостаточно математических моделей или исследований уже прошедшей эпидемии, необходимы эксперименты.

Коронавирус‑химера

Именно для того, чтобы понять, насколько опасны циркулирующие в популяции летучих мышей вирусы, в 2015 году при участии той же лаборатории в Ухане был изготовлен A SARS‑like cluster of circulating bat coronaviruses shows potential for human emergence вирус‑химера, собранный из частей двух вирусов: лабораторного аналога SARS‑CoV и вируса SL‑SHC014, распространённого в подковоносах.

Так, последовательности S‑белков у SARS‑CoV и SL‑SHC014 отличаются в ключевых местах, поэтому исследователи хотели разобраться, мешает ли это вирусу SL‑SHC014 перекинуться на человека. Учёные взяли S‑белок SL‑SHC014 и встроили его в модельный вирус, на котором изучают SARS‑CoV в лаборатории.

Выяснилось, что новый синтетический вирус не уступает исходному. Он мог заражать лабораторных мышей, а заодно проникать в клетки человеческих клеточных линий.

Дополнительно исследователи проверили, может ли вакцинация лабораторных мышей при помощи SARS‑CoV уберечь их от гибридного вируса. Оказалось, что нет, так что даже люди, переболевшие SARS‑CoV, могут оказаться беззащитны перед потенциальной эпидемией и старые вакцины не помогут.

Поэтому в своих выводах авторы статьи подчеркнули необходимость разработки новых лекарств, а позже приняли Broad‑spectrum antiviral GS‑5734 inhibits both epidemic and zoonotic coronaviruses в этом непосредственное участие.

Аналогичный этому обратный эксперимент — пересадка участка S‑белка SARS‑CoV вирусу летучих мышей Bat‑SCoV — была проведена Synthetic recombinant bat SARS‑like coronavirus is infectious in cultured cells and in mice ещё раньше, в 2008 году. В этом случае синтетические вирусы также оказались способны размножаться в линиях клеток человека.

Вот и он?

Если учёные могут создавать новые вирусы, в том числе потенциально опасные для человека, более того, если они уже экспериментировали с коронавирусом и создавали новые штаммы, то не значит ли это, что штамм, вызвавший нынешнюю пандемию, тоже был изготовлен искусственно?

Если секвенировать геном такого вируса, то можно увидеть блоки, из которых он был построен, — они будут похожи на участки исходных вирусов.

Второй вариант — воспроизводить эволюцию в пробирке. Этим путём шли исследователи птичьего гриппа, отбиравшие вирусы, более приспособленные к размножению в хорьках. Несмотря на то, что такой вариант получения новых вирусов возможен, конечный штамм останется близок к исходному.

Вызвавший сегодняшнюю пандемию штамм не подходит ни под один из перечисленных вариантов. Во‑первых, геном SARS‑CoV‑2 не обладает такой блочной структурой: отличия от других известных штаммов рассыпаны по всему геному. Это один из признаков естественной эволюции.

Во‑вторых, никаких вставок, похожих на другие патогенные вирусы, в этом геноме тоже не найдены.

Если сравнить геном коронавируса‑химеры, синтезированного в 2015 году, или двух исходных для него вирусов с геномом пандемического штамма SARS‑CoV‑2, то окажется, что они отличаются больше, чем на пять тысяч букв‑нуклеотидов, — это примерно одна шестая от общей длины генома вируса, и это очень большое расхождение.

Поэтому оснований считать, что современный SARS‑CoV‑2 — это версия синтетического вируса 2015 года, нет.

Дикие родственники

Сравнение геномов коронавирусов показало, что самый близкий известный родственник SARS‑CoV‑2 — это коронавирус RaTG13, найденный у летучей мыши — подковоноса Rhinolophus affinis из провинции Юннань в 2013 году. У них совпадают 96 процентов генома.

Это больше чем у остальных, но, тем не менее, нельзя назвать RaTG13 очень близким родственником SARS‑CoV‑2 и утверждать, что один штамм превратили в другой в лаборатории.

На этом фоне дистанция между SARS‑CoV‑2 и RaTG13 огромная — более 1 100 рассыпанных по всему геному мутаций (3,8 процента).

Можно предположить, что вирус очень долго эволюционировал внутри лаборатории и приобрёл столько мутаций за много лет. В этом случае действительно будет невозможно отличить лабораторный вирус от дикого, поскольку они развивались по одним и тем же законам.

Но вероятность появления такого вируса крайне мала.

При хранении вирусы стараются держать в покое — именно для того, чтобы они сохранялись в первозданном виде, а результаты экспериментов над ними фиксируются в регулярно появляющихся публикациях Уханьской лаборатории Ши Чжэнли.

Гораздо больше шансов найти прямого предка этого вируса не в лаборатории, а среди коронавирусов летучих мышей и потенциальных промежуточных хозяев. Как уже упоминалось, в районе Уханя уже обнаруживались циветы — носители потенциально опасных вирусов, есть и другие возможные переносчики. Их вирусы разнообразны, но скудно представлены в базах данных.

Узнав о них больше, мы, скорее всего, сможем лучше понять, как вирус попал к нам. Судя по генеалогическому дереву геномов, все известные SARS‑CoV‑2 — это потомки одного вируса, жившего примерно в ноябре 2019 года. Но где именно жили его близкие предки до первых случаев COVID‑19, мы не знаем.

Два особых участка

Несмотря на то, что отличия от других известных коронавирусов рассыпаны по всему геному SARS‑CoV‑2, исследователи пришли к выводу, что ключевые для заражения человека мутации сконцентрированы в двух участках гена, кодирующего S‑белок. Эти два участка тоже имеют природное происхождение.

Первый из них отвечает за правильное связывание с рецептором ACE2. Из шести ключевых аминокислот на этом участке у родственных вирусных штаммов совпадает не больше половины, а у самого близкого родственника RaTG13 — только одна. Патогенность для человека штамма с таким сочетанием описана впервые, а идентичное сочетание нашлось пока только в последовательности коронавируса панголина.

Сравнение аминокислот на участке S‑белка, отвечающего за взаимодействие с рецептором ACE2 у коронавирусов (штаммов эпидемий 2003 и 2019 года, вирусов из летучих мышей и панголина). Рамками выделены ключевые позиции аминокислот, определяющие специфичность к разным хозяевам / Andersen et al., Nature Medicine 2020

Из того, что эти ключевые аминокислоты одинаковы у вируса панголина и человека, нельзя сделать однозначный вывод о том, что этот участок имеет общее происхождение. Это может быть примером параллельной эволюции, когда вирусы или другие организмы независимо друг от друга приобретают сходные черты.

Самый известный пример такого процесса — когда бактерии независимо друг от друга получают устойчивость к одному и тому же антибиотику. Аналогично и вирус, приспосабливаясь к жизни в организмах с похожими рецепторами ACE2, может эволюционировать сходным образом.

Альтернативный сценарий для получения такой картины, наоборот, предполагает Pangolin homology associated with 2019‑nCoV , что все шесть ключевых аминокислот присутствовали у общего предка вируса панголина, RaTG13 и SARS‑CoV‑2, но позже были заменены у RaTG13 на другие.

Вторая особенность S‑белка SARS‑CoV‑2 (помимо тех шести аминокислот) — это способ его разрезания. Чтобы вирус попал в клетку, S‑белок должен быть разрезан в определённом месте ферментами клетки. У всех остальных родственников, включая вирусы летучих мышей, панголинов и людей, место разреза представляет собой всего одну аминокислоту, тогда как у SARS‑CoV‑2 — сразу четыре.

A — сравнение аминокислот на участке S‑белка, отвечающего за связывание с рецептором ACE2. На рисунке видны коронавирусов эпидемий 2003 и 2019 года, коронавирусов из летучих мышей и панголина / Andersen et al., Nature Medicine 2020

Как эта добавка повлияла на его способность распространяться среди людей и других видов, пока не ясно. Известно, что аналогичное природное перерождение места разреза у птичьего гриппа существенно расширило The proximal origin of SARS‑CoV‑2 круг его хозяев. Тем не менее исследований, которые бы подтвердили, что это справедливо для SARS‑CoV‑2, пока нет.

Таким образом, оснований считать, что вирус SARS‑CoV‑2 имеет искусственное происхождение, нет. Нам неизвестны его достаточно близкие и при этом хорошо изученные родственники, которые могли бы послужить основой для синтеза, никаких вставок в его геном из ранее изученных патогенов учёные также не обнаружили. Вместе с тем его геном организован в манере, соответствующей нашим представлениям о естественной эволюции этих вирусов.

Можно придумать громоздкую систему условий, при которых этот вирус всё-таки мог бы сбежать от учёных, но предпосылки для этого минимальны. В то же время шансы появления нового опасного штамма коронавируса из природных источников в научной литературе последнего десятилетия регулярно оценивались как очень высокие. И вызвавший пандемию SARS‑CoV‑2 в точности отвечает этим прогнозам.

Вопреки распространенному заблуждению коронавирус не появился из ниоткуда, как черт из табакерки. Сьюзен Вайс, профессор кафедры микробиологии из Пенсильванского университета, изучает коронавирусы уже около 40 лет.

- Когда я начинала ими заниматься на меня смотрели с сожалением, как смотрят на чудаков, которые делают ставку на заведомого аутсайдера, - рассказала Сьюзен Вайс изданию The Atlantic. - Считалось, что коронавирусы не оказывают заметного влияния на здоровье людей. Семейство коронавирусов, которые передаются человеку, состояло из 6 штаммов. Четыре из них— OC43, HKU1, NL63 и 229E открыты достаточно давно и вызывают треть общих простудных заболеваний (среди них банальный насморк), они переносятся достаточно легко. Два других члена семейства MERS-CoV (коронавирус, вызывающий ближневосточный респираторный синдром) и SARS-CoV (стал причиной вспышки атипичной пневмонии в Китае в 2002 году) вызывают гораздо более тяжелые заболевания. Но когда появился SARS-CoV-2 (так называется сам вирус), спровоцировавший пандемию Covid-19 (название болезни, которую вирус вызывает), уже никто не будет относиться к коронавирусам свысока.

Какая мутация сделала вирус убийцей

Однако почему именно седьмой коронавирус оказался таким опасным и агрессивным?

Ключ к ответу таится в структуре вируса. По форме он представляет колючий шар. Его шипы цепляются к белку под названием ACE2, который находится на поверхности наших клеток, выстилающих оболочку органов дыхания. В отличие от своего предшественника SARS-classic, (он причина вспышки атипичной пневмонии 2002 года), SARS-CoV-2 образно говоря обзавелся шипами новой конструкции. Их можно грубо сравнить с раздвоенным наконечником стрелы. Такие стрелы в старину делали, чтобы нанести максимальный урон противнику: тормозя на огромной скорости в теле жертвы, лепестки наконечника стрелы раскрывались, разрывая плоть и застревая в теле жертвы. В SARS-classic эти шипы раскрывались плохо (а только так вирус мог проникнуть в клетку жертвы) поэтому число заболевших было невелико - 8096 случаев заболевания в 29 странах, умерли 774 человека.

Однако в SARS-CoV-2 скрепляющее соединение, которое держало раздвоенные наконечники шипа вместе, легко растворялось ферментом под названием фурин, он вырабатывается в организме человека. “Колючки” вируса, как репей, впивались в свою мишень - белок ACE2, и проникали в клетку.

Модель вируса SARS-CoV-2. Фото: ru.wikipedia.org

- Такая конструкция имеет решающее значение для передачи от человека к человеку, - считает Ангела Расмуссен из Колумбийского университета. - Она позволяет SARS-CoV-2 сильнее прилипать к клеткам, которые он атакует. В общих чертах это означает, что ему необходима значительно меньшая концентрация вирусов, чтобы инфицировать организм.

Почему 80 процентов людей болеют бессимптомно, а в группе риска высокая смертность

Другая особенность седьмого коронавируса заключается в его “всеядности”. Большинство респираторных вирусов имеют специализацию: они атакуют либо верхние, либо нижние дыхательные пути. Заболеваниями верхних дыхательных путей люди страдают чаще, но переносят легче. В то же время инфекции нижних дыхательных путей (бронхи, трахея и легкие) труднее передается, но приводят к более тяжелым последствиям. Новый коронавирус вероятнее всего не так избирателен: он поражает и верхние и нижние дыхательные пути. Эта особенность объясняет, почему 80 процентов людей переносят коронавирус бессимптомно и сами того не подозревая являются “тайными агентами” по его распространению. А в случаях, когда вирус сумел пустить корни глубоко, течение болезни очень тяжелое и нередко приводит к воспалению легких.

Как COVID-19 убивает организм

Попав в организм коронавирус атакует клетки обладающие белком АСЕ2, которые выстилают наши дыхательные пути. По мере развития инфекции отмирающие клетки опускаются все ниже и попадают в легкие, перенося туда и вирус.

Когда легкие наполняются мертвыми клетками и жидкостью, затрудняется дыхание и начинается одышка - человек пытается частотой дыхания компенсировать недостаток кислорода.

Иммунная система в свою очередь предпринимает атаку на вирус, используя традиционные испытанные средства: чтобы доставить иммунные клетки к очагу заражения кровеносные сосуды расширяются, а проницаемость сосудов увеличивается. Эта борьба организма с инфекцией внешне проявляется в виде повышения температуры, воспаления, покраснения и отека тканей. Но проницаемость сосудов и приток крови приводят к тому, что легкие еще больше заполняются жидкостью. Защитная реакция иммунной системы переходит в неконтролируемую форму и несет угрозу самому организму.

Финальным аккордом саморазрушения организма является так называемый “ цитокинов ый шторм”. Цитокины - это молекулы, которые обеспечивают мобилизацию воспалительного ответа и активируют иммунные клетки. Но когда уровень цитокинов в крови становится запредельным, иммунная система идет вразнос принося организму больше вреда, чем сам вирус. Иммунные клетки уничтожают очаг воспаления вместе с тканями, но процесс воспаления распространяется на соседние участки. Постепенно этот иммунный шторм охватывает весь организм и может убить своего хозяина.

Такие самоубийственные неконтролируемые реакции иммунной системы провоцировала “испанка” - вирус гриппа, который в 1918 году унес жизни более 50 миллионов человек в мире. Этим же инструментом пользуются вирус Эболы, птичий грипп H5N1 и тяжелый острый респираторный синдром, который вызывал предшественник Covid-19. Но чем больше ученые узнают о SARS-CoV-2, тем больше шансов, что его удастся остановить.

Строение вирусов

Вне клеток-хозяев вирусы существуют в виде белковой оболочки (капсида), иногда заключенного в белково-липидную мембрану. Капсид обволакивает собой либо ДНК, либо РНК, которая кодирует элементы вируса. Находясь в такой форме вне клетки, вирус метаболически инертен и называется вирионом.

Простая структура, отсутствие органелл и собственного метаболизма позволяет некоторым вирусам кристаллизоваться, т.е. они могут вести себя подобно химическим веществам. С появлением электронных микроскопов было установлено, что их кристаллы состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц. В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли.

Формы вирусов

Вирусы встречаются в трех основных формах. Они бывают:

Сферическими (кубическими или полигидральными). Вирусы герпеса, типулы, полиомы и т.д.
Спиральными (цилиндрическими или стержнеобразными). Вирусы табачной мозаики, гриппа, эпидемического паротита и др.
Сложными. Например, бактериофаги.

Проникновение вирусов в клетку-хозяина

Капсид в основном защищает нуклеиновую кислоту от действия клеточного нуклеазного фермента. Но некоторые белки капсида способствуют связыванию вируса с поверхностью клеток-хозяев, и работают, как ключики, вставляемые в нужные замочки. Другие поверхностные белки действуют как ферменты, они растворяют поверхностный слой клетки-хозяина и таким образом помогают проникновению нуклеиновой кислоты вируса в клетку-хозяина.

Жизненный цикл вирусов сильно отличается у разных видов, но существует шесть основных этапов жизненного цикла вирусов:

Присоединение к клетке-хозяину представляет собой специфическое связывание между вирусными капсидными белками и рецепторами на клеточной поверхности. Эта специфика определяет хозяина вируса.

Проникновение следует за прикреплением: вирионы проникают в клетку-хозяина через рецептор-опосредованный эндоцитоз или слияние мембран. Это часто называют вирусной записью.

Проникновение вирусов в клетку достигается за счет:

Размножение вирусов

После того, как вирусный геном освобождается от капсида, начинается его транскрипция или трансляция. Именно эта стадия вирусной репликации сильно различается между ДНК- и РНК-вирусами и вирусами с противоположной полярностью нуклеиновой кислоты. Этот процесс завершается синтезом новых вирусных белков и генома (точных копий внедрённых).

Механизм репликации зависит от вирусного генома.

ДНК-вирусы обычно используют белки и ферменты клетки-хозяина для получения дополнительной ДНК, она транскрибируется в РНК-мессенджер (мРНК), которая затем используется для управления синтезом белка.
РНК-вирусы обычно используют ядро РНК в качестве матрицы для синтеза вирусной геномной РНК и мРНК. Вирусная мРНК направляет клетку-хозяина на синтез вирусных ферментов и капсидных белков и сборку новых вирионов. Конечно, есть исключения из этого шаблона. Если клетка-хозяин не обеспечивает ферменты, необходимые для репликации вируса, вирусные гены предоставляют информацию для прямого синтеза отсутствующих белков.

Чтобы преобразовать РНК в ДНК, вирусы должны содержать гены, которые кодируют вирус-специфический фермент обратной транскриптазы. Она транскрибирует матрицу РНК в ДНК. Обратная транскрипция никогда не происходит в неинфицированных клетках. Необходимый фермент, обратная транскриптаза, происходит только от экспрессии вирусных генов в инфицированных клетках.

Вироиды

Вироиды заражают только растения. Одни вызывают экономически важные заболевания сельскохозяйственных культур, в то время как другие являются доброкачественными. Двумя примерами экономически важных вироидов являются кокосный cadang-cadang (он вызывает массовую гибель кокосовых пальм) и вироид рубцовой кожицы яблок, который безнадежно портит товарный вид яблок.

30 известных вироидов были классифицированы в две семьи.

Члены семейства Pospiviroidae, названные по имени вироида клубневого веретена картофеля, имеют палочковидную вторичную структуру с небольшими одноцепочечными областями, имеет центральную консервативную область, и реплицируются в ядре клетки.
Avsunviroidae, названный в честь вироида авокадо, имеет как палочковидную, так и разветвленную области, но не имеет центральной консервативной области и реплицируется в хлоропластах растительной клетки.

В отличие от вирусов, которые являются паразитами механизма трансляции хозяина, вироиды являются паразитами клеточных транскрипционных белков.

Бактериофаги

Существуют тысячи разновидностей фагов, каждый из которых может заразить только один тип или несколько близких типов бактерий или архей. Фаги классифицируются по ряду семейств вирусов; например:

Как и все вирусы, фаги являются простыми организмами, которые состоят из ядра генетического материала (нуклеиновой кислоты), окруженного капсидом белка. Нуклеиновая кислота может представлять собой либо ДНК, либо РНК, и может быть двухцепочечной или одноцепочечной.

Существует три основных структурных формы фага:

Икосаэдрическая (20-сторонняя) головка с хвостом
Икосаэдрическая головка без хвоста
Нитевидная форма

Во время заражения фаг прикрепляется к бактерии и вставляет в нее свой генетический материал. После этого фаг обычно следует одному из двух жизненных циклов: литическому (вирулентному) или лизогенному (умеренному).

Литические, или вирулентные, фаги захватывают механизм клетки, чтобы скопировать компоненты фага. Затем они разрушают или лизируют клетку, высвобождая новые частицы фага.

Лизогенные, или умеренные, фаги включают свою нуклеиновую кислоту в хромосому клетки-хозяина и реплицируются с ней как единое целое, не разрушая клетку. При определенных условиях лизогенные фаги могут индуцироваться в соответствии с литическим циклом.

Существуют и другие жизненные циклы, в т.ч. псевдолизогенез и хроническая инфекция. При псевдолизогении бактериофаг проникает в клетку, но не использует механизм репликации клеток и не интегрируется в геном хозяина, просто как бы прячется внутри бактерии, не нанося ей никакого вреда. Псевдолизогенез возникает, когда клетка-хозяин сталкивается с неблагоприятными условиями роста и, по-видимому, играет важную роль в выживании фага, обеспечивая сохранение генома фага до тех пор, пока условия роста хозяина снова не станут благоприятными.

При хронической инфекции новые фаговые частицы образуются непрерывно и длительно, но без явного уничтожения клеток.

Вскоре после открытия фаги начали использовать для лечения бактериальных заболеваний человека, таких как бубонная чума и холера. Но фаговая терапия тогда не была успешной, и после открытия антибиотиков в 1940-х годах она была практически заброшена. Однако с появлением устойчивых к антибиотикам бактерий терапевтическому потенциалу фагов уделяется все больше внимания.

Наше время с антибиотиками заканчивается. В 2016 году женщина в штате Невада умерла от бактериальной инфекции, вызванной Klebsiella pneumoniae, которая была устойчивой ко всем известным антибиотикам. Бактерии, устойчивые к колистину, антибиотику последней инстанции, были обнаружены на свинофермах в Китае. В настоящее время бактерии приспосабливаются к антибиотикам быстрее, чем когда-либо.

Покажите ножницы которыми вирусы разрезают молекулу РНК что бы встроиться для мутации.Может что нибудь придумаете другое.К примеру деление цепочка аминокислот получив энергию из вне как одноименные заряды распадается на две. К каждой соединятся только те какие были ранее (другие проскочат мимо),казалось бы копии,но внутренняя энергия разная(уменьшается увеличивается) поэтому распад и создание. Вся химия углерода на этом построена 1000 орган соединений создает у других хим элементов этого свойства нет. Иммунная система делает накладку(интерференция)с помощью энергии интерферонов пытаясь разрушить цепочку РНК вируса.Надо помочь организму но не вакциной(вирус быстро мутирует)

Читайте также: