Как называется белковая оболочка в которую заключен геном вируса

Вирусы по праву можно назвать настоящими хозяевами нашей планеты. Где бы ученые не производили исследования, они натыкаются на уже известные вирусы или открывают новые, которые способны выживать при экстремально низких и высоких температурах, в кислотных или щелочных средах. Вирусы обладают уникальной способностью, не свойственной никаким другим живым организмам – хранить генетическую информацию на РНК. Из чего состоят вирусы? Как они внедряются в живую клетку? Как реплицируют свой генетический материал?

Общие сведения о вирусах

Вирус, находящийся вне живой клетки, не проявляет никаких признаков жизни. Такая частица называется вирионом. Вирионы бывают простыми и сложными. Простой состоит из внешней оболочки (капсида) и генетического материала вируса (ДНК или РНК). У сложных вирусов для защиты генома от неблагоприятных факторов есть еще одна оболочка – суперкапсид. В состав капсида входят в основном белки и небольшое количество липидов – холестерина и фосфолипидов. В составе суперкапсида присутствуют также гликопротеины, которые принимают непосредственное участие в проникновении вируса в клетку. Размножаются вирусы путем экспрессии своего генома в зараженной клетке.

Изучим особенности структуры вирусов более подробно.

Строение капсида

Вирионная частица защищена от внешних воздействий плотной оболочкой – капсидом. Это структура, благодаря которой геном вируса защищен от многих повреждений до проникновения в клетку. Помимо белков и липидов, в облочке присутствуют ферменты. Капсид состоит из капсомеров – белковых молекул, которые можно различить в микроскоп.

Геном и белковая оболочка, защищающая его, вместе называются нуклеокапсидом.

Суперкапсид

Простые вирусы защищены от внешних факторов только капсидом, в то время как у сложных вирусов есть дополнительная липопротеиновая оболочка – суперкапсид. Как и капсид, он состоит в основном из белков и липидов.

На поверхности суперкапсидов многих вирусов есть гликопротеидные наросты (пепломеры). Гликопротеины принимают участие в идентификации клеток и связывании вируса с клеткой-мишенью. Затем вирусная оболочка сливается с мембраной хозяина, а тем временем капсид и вирусный геном проникают в клетку и встраиваются в нее. Суперкапсид формируется на этапе сборки вирусных частиц и выхода вируса из клетки.

Функции капсида

Основная функция суперкапсида и капсида – защита генетического материала вируса. А также доставка генома вируса в клетку и взаимодействие с иммунной системой хозяина.

Внешняя оболочка вируса призвана уберечь генетический материал от летальных химических и физических факторов. К ним относятся радиационное излучение, резкие изменения рН или температуры, действие протеолитических и нуклеолитических ферментов.

При поставке генома вируса в клетку капсид (или суперкапсид) связывается с внешними рецепторами клетки-хозяина. На поверхности вирусов, имеющих суперкапсид, за адсорбцию вируса на поверхности клетки хозяина отвечают пепломеры. На поверхности пепломеров некоторых вирусов, например, миксовирусов или вируса гриппа, присутствует белок гемагглютинин, вызывающий агглютинацию эритроцитов. На поверхности суперкапсидных отростков также присутствует нейраминидаза, разрушающая мембрану клетки.

Вирусы без суперкапсидной оболочки как правило проникают через мембрану клетки-хозяина полностью. Остальные вирусы проникают в клетку после слияния внешней оболочки с плазматической мембраной. При этом в цитоплазму клетки попадает только вирусный геном.

Типы симметрии капсида

Поскольку капсид – это сложная структура, состоящая из мелких субъединиц, очевидно, что эти структурные компоненты могут быть организованы по-разному. Именно поэтому существую различные типы симметрии капсидов.

Один из самых распространенных в природе типов капсида – это икосаэдрический. Он характерен для аденовирусов и многих бактериофагов. Капсомеры расположены так, что формируют невыпуклый многогранник с 12 вершинами.

Другой тип капсида – это спиральный. При таком типе симметрии белковые субъединицы уложены как бы по спирали вокруг оси симметрии. Спиральный капсид характерен для вирусов желтухи и табачной мозаики. Такая организация делает вирус палочкообразным.

Смешанный тип симметрии, при котором часть капсида имеет икосаэдрическую форму, а часть спиральную, встречается у бактериофагов.

Геном вируса

В отличие от большинства клеток, имеющих в своем составе и ДНК, и РНК, вирионы содержат только одну нуклеиновую кислоту, которая и образует их геном. Большая часть вирусов человека являются РНК-содержащими. Свойство хранить генетический материал на РНК – уникальная особенность вирусов.

Вирус может содержать одноцепочечную или двуцепочечную нуклеиновую кислоту. Двуцепочечную ДНК в составе генома имеют герпесвирусы и аденовирусы, одноцепочечную парвовирусы, двуцепочечную РНК ротавирусы, одноцепочечную РНК астровирусы.

Некоторые вирусы, например, ВИЧ, имеют в составе фермент, который позволяет строить ДНК на матрице РНК – обратную транскриптазу.

Формы вирусов

Вирусы очень разнообразны, как по своему химическому составу, так и по форме. Большинство вирусов (герпес, оспа), имеют сферическую форму. Капсид вируса в этом случае имеет икосаэдрическую симметрию. Распространены также палочковидные вирусы (желтуха, табачная мозаика). Встречаются пулевидные вирусы (вирус бешенства). Необычными являются астровирусы, имеющие звездчатую форму.

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Неклеточные формы жизни: вирусы

Вирус (лат. virus — яд) — неклеточные структуры с упорядоченной организацией, содержащие генетический материал (ДНК или РНК), упакованный в белковую оболочку, или капсид. Вирусы являются внутриклеточными паразитами на генетическом уровне. Они способны проникать в клетки живых организмов и в них размножаться. Для построения своих новых частиц они используют химические вещества и энергию клетки-хозяина. Форма вируса (палочковидная, сферическая, нитевидная) зависит от характера взаимодействия нуклеиновой кислоты с белковой оболочкой.

Вирусы в природе распространены повсеместно. Они паразитируют на всех группах организмов. С вирусной инфекцией связаны многие заболевания человека, в том числе крайне опасные (вирусный гепатит, СПИД, полимиелит, грипп и другие).

Вирусы существуют в двух формах: покоящейся (внеклеточной) и репродуцирующейся (внутриклеточной).

Вирусы условно делятся на простые и сложные.

• Простые. В составе таких вирусов только нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и белок.
• Сложные. Нуклеотид этих вирусов состоит из белка и только РНК, также они могут содержать липопротеидную мембрану, углеводы и ферменты. К группе сложных вирусов относят так называемые ретровирусы . У них обнаружен такой фермент, как обратная транскриптаза.

Особенности вирусов

1. Тело вируса не имеет клеточного строения.

2. Вирусы могут существовать только как внутриклеточные паразиты и не могут размножаться вне клеток организма хозяина.

3. В вирусах содержится один тип нуклеиновых кислот — либо РНК, либо ДНК (все клеточные организмы содержат и ДНК, и РНК одновременно). Отсутствуют рибосомы.

Генетический аппарат вирусов представлен различными формами нуклеиновых кислот, такого разнообразия нет ни у одной из других форм жизни. У всех живых организмов, кроме вирусов, генетический аппарат состоит из двунитевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), а рибонуклеиновая кислота (РНК), выполняющая в клетках роль переносчика информации, всегда однонитевая.

У вирусов же существуют все возможные варианты устройства генетического аппарата: одно- и двунитевая РНК, одно- и двунитевая ДНК.

При этом и вирусная РНК, и вирусная ДНК могут быть либо линейными, либо замкнутыми в кольцо.

4. Отсутствует обмен веществ. Вирусом используется энергия, получаемая за счет обмена веществ в клетках хозяина. Имеют очень ограниченное число собственных ферментов, используют обмен веществ хозяина, его ферменты, энергию, полученную при обмене веществ в клетках хозяина.

Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты, окруженной белками одного или нескольких типов; некоторые вирусы имеют также липидсодержащую внешнюю оболочку.

Белки вирусов выполняют тот же ряд важнейших функций, что и в клетке, в том числе структурную, транспортную, ферментативную, защитную.

Одной из основных особенностей строения вирусов является белковая оболочка (капсула), в которую заключен генетический материал вируса. При этом вирусы не имеют собственных белоксинтезирующих систем, а используют для этого системы клетки хозяина.

Вирусный белок выполняет защитную роль и весьма важную функцию — он отвечает за прикрепление вируса к поверхности клеток, после чего вирус проникает внутрь клетки и начинает размножаться в ней. Поэтому фрагмент белка, связывающийся с клеточной мембраной, остается неизменным.

Гемагглютинин — поверхностный белок вируса гриппа, обеспечивающий способность вируса присоединяться к клетке-хозяину.

Нейраминидаза — поверхностный белок вируса гриппа, отвечающий, во-первых, за способность вирусной частицы проникать в клетку, и, во-вторых, за способность вирусных частиц выходить из клетки после размножения.

Нуклеокапсид — генетический материал (РНК) вируса заключенный в белковую оболочку (капсулу).

Как результат присутствия в молекулах нескольких функциональных групп белки обладают высокой реактивной способностью и амфотерными свойствами.

Капсид (уклеокапсид)— это внешняя оболочка вируса, состоящая из белков.

1. Защита генетического материала (ДНК или РНК) вируса от механических и химических повреждений.
2. Определение потенциала к заражению клетки.
3. Прикрепление к клеточной мембране, разрыв мембраны и внедрение в клетку генетического материала вируса.

Капсиды большинства вирусов имеют спиральную или икосаэдрическую симметрию. В случае спиральной симметрии (например, у вируса табачной мозаики) составные части капсида формируют цилиндр из уложенных по спирали белковых глобул, внутри которого находится генетический материал вируса. В случае икосаэдрической симметрии (например, у многих бактериофагов) образуется квази-сферическая структура капсида.

Структурный анализ основных типов капсидов используется в классификации вирусов.

Дополнительная липопротеидная оболочка образована из плазматической мембраны клетки-хозяина и встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес).

Схематичное строение вируса: 1 — сердцевина (однонитчатая РНК); 2 — белковая оболочка (капсид); 3 — дополнительная липопротеидная оболочка; 4 — капсомеры (структурные части капсида)

В отличие от других организмов вирусы не имеют рибосом и ферментов, катализирующих образование макроэргических фосфатов, метаболизм белков, углеводов и жиров.

Вирусы размножаются только внутри зараженных клеток и поэтому относятся к облигатным внутриклеточным паразитам.

Вирусные гены обычно кодируют белки, необходимые для репликации нуклеиновой кислоты и сборки вирусов.

Вироиды — субвирусные инфекционные агенты, возбудители некоторых заболеваний (в первую очередь у растений). Представляют собой высокоструктурированные кольцевые фрагменты РНК, реплицируемые клеточной РНК-полимеразой. Белков вироиды не кодируют. Вироиды были открыты и названы в 1971 году Теодором О. Динером.

Вирусоиды похожи на вироиды, но включены в структуру вируса — помощника и реплицируются только с его помощью.

Человек может заразиться прионами, содержащимися в пище, так как они не разрушаются ферментами пищеварительного тракта. Беспрепятственно проникая через стенку тонкого кишечника, они в конечном итоге попадают в центральную нервную систему. Так переносится новый вариант болезни Крейтцфельдта — Якоба, которой люди заражаются после употребления в пищу говядины, содержащей нервную ткань из голов скота, больных бычьей губчатой энцефалопатией (BSE, коровье бешенство).

Мозговое вещество, изъеденное прионом коровьего бешенства. Дырки и обширные пустые участки располагаются на месте бывших нервных клеток

Прионы могут проникать в тело и парентеральным (через внедрение патогенных микроорганизмов в организм человека или животного минуя пищевой тракт (через кровяное русло, кожу, конъюнктиву глаза, подкожно, внутримышечно, внутрибрюшинно) путем. Были описаны случаи заражения при внутримышечном введении препаратов, изготовленных из человеческих гипофизов (главным образом гормоны роста для лечения карликовости), а также заражение мозга инструментами при нейрохирургических операциях, поскольку прионы устойчивы к применяемым в настоящее время термическим и химическим методам стерилизации.

Ретровирусы — это вирусы с необычным способом репликации генетического материала. Для цикла репродукции этого большого семейства вирусов характерен обратный поток генетической информации: вместо обычной транскрипции (т. е. переписывания) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в рибонуклеиновую кислоту (РНК), как это происходит в клетке при реализации генетической информации, их геномная РНК переписывается в ДНК (обратная транскрипция).

Ретровирусы (лат. retro — обратно, назад и virus — яд) — РНК — содержащие вирусы, цикл размножения которой проходит через стадию двухцепочечной ДНК. В каждой вирусной частице имеются две копии вируса. В составе генома помимо генов, кодирующих структуру белков капсида, имеется ген, кодирующий фермент обратную транскриптазу, который осуществляет синтез ДНК на РНК. Обратная транскриптаза вместе с РНК упаковывается в вирусную частицу.

В цитоплазме клетки-хозяина фермент превращает одноцепочечную РНК в двухцепочечную ДНК, которая встраивается в геном хозяина. Провирусная ДНК транскрибируется как матрица для синтеза вирусных белков и в качестве генома при упаковке вирусных частиц.

Члены семейства ретровирусов вызывают ряд тяжелых заболеваний животных и человека. К наиболее изученным вирусам относятся вирусы лейкемии птиц, мышей, кошек и приматов, а также вирусы иммунодефицита кошек, обезьян и человека. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) вызвал пандемию ВИЧ-инфекции и СПИДа (синдрома приобретенного иммунодефицита) во всем мире.

Первый Lentivirinae ( lente — медленно) — ленивый ретровирус был открыт в 1904 году, когда французы А. Балле и А. Карре обнаружили фильтрующийся агент — вирус инфекционной анемии лошадей. Затем были открыты другие лентивирусные инфекции сельскохозяйственных животных. Типичными лентивирусами являются давно изученые вирус висны у овец, кошачий вирус иммунодефицита, вирус артрита у коз. Кроме сходства по своему строению эти вирусы вызывают однотипные патологии. Например, заражение овец вирусом висны приводит к длительному хроническому заболеванию, которое тянется порой до 2 и более лет. Но затем, также как и при инфицировании ВИЧ, неизбежно наступает летальный исход.

ВИЧ-1 и ВИЧ-2 — единственные патогенные для человека представители подсемейства Lentivirinae. Говоря о медленном течении лентивирусных инфекций, их обычно сравнивают с острыми вирусными инфекциями (например, с гриппом), но не с инфекциями, вызываемыми другими ретровирусами. В то же время клиническая картина острой лихорадочной фазы ВИЧ-инфекции напоминает проявления многих классических острых инфекций.

· Состоит из многократно повторяющихся полипептидных цепей ( белков ) – капсомеров одного или нескольких типов , но не больше 6 ( для каждого вируса существует свой набор белков )

v Капсид вируса табачной мозаики ( ВТМ ) состоит из двух типов белковых молекул – гемагглютининов ( с их помощью вирус прикрепляется к клеточной оболочке ) и нейраминидаз ( блокируют защитные свойства клеточных мембран , когда вирусу необходимо проникнуть в клетку или выйти из неё ) ; клетки организма при встрече с вирусом продуцируют спецефические антитела против белков его капсида

v Вирусы способны менять белки капсида на протяжении нескольких лет , т. е. способны к эволюционному адаптациогенезу ( поэтому образовавшиеся ранее иммунные антитела уже не действуют на них )

q Защита НК ( генома ) от действия нуклеаз клетки-хозяина , разрушающих НК вируса , ультрафиолетового излучения ; блокировка защитных свойств клеточных мембран ( клетки организма при встрече с вирусом продуцируют спецефические антитела против антигенных белков капсида )

q Узнавания нужного типа клеток ( вирусы обладают спецефичностью поражения строго определённых клеток например , вирус оспы и кори поражает кожу , вирус жёлтой лихорадки – печень , вирус бешенства – мозг , ретровирусы – клетки крови )

q Прикрепление к клеточной оболочке и проникновение вируса внутрь клетки

q Антигенные свойства

Внешнее строение вирусов

· Капсиды вирусов построены по одному из двух типов симметрии ( обеспечение оптимальной в энергетическом плане формы капсида ) :

q Спиральная симметрия ( большинство вирусов растений и некоторые бактериофаги )

- капсид имеет форму продолговатых палочек , внутри находится спирально закрученная НК , покры

тая спирально расположенными идентичными капсомерами , образуя с НК единую целостную структуру – нуклеокапсид

q Кубическая симметрия : ( большая часть вирусов , вызывающих инфекции у человека и животных )

§ Форма икосаэдра – имеет 20 треугольных граней ( аденовирусы , вирус полиомиелита )

§ Форма додекаэдра – имеет 12 пятиугольных граней ( капсомеров ) – вирусы полиомы и герпеса

q У некоторых бактериофагов имеется икосаэдрическая головка и хвост , обладающий спиральной симметрией

· Ряд вирусов помимо НК и белков капсида содержат также липопротеидную мембрану , углеводы и ферменты , поэтому все вирусы подразделяются на две группы :

q Простые вирусы – имеют в составе только НК и белок

q Сложные вирусы ( ретровирусы ) – имеют помимо НК и капсида липопротеидную мембрану , углеводы и ферменты ( от лат. retro – назад , обратно ) ; впервые выделены в 1978 г. из Т- лимфоцитов

- нуклепротеид этих вирусов содержит две молекулы РНК и несколько молекул фермента обратной

- нуклеопротеид ( НК и белки ) этих вирусов заключён в защитную внешнюю оболочку , образованную из гликопротеинов или липопротеинов вирусного происхождения и двойного липидного слоя заимствованного из плазматической или ядерной мембраны клетки-хозяина при выходе вируса во внеклеточную среду ( внешняя оболочка может иметь другой тип симметрии , нежели сам вирус )

- к этой группе вирусов относятся онковирусы или опухолеродные ( вызывают рак ) , вирус СПИДа , рабдовирусы , вирус оспы , гриппа , бешенства

· Современная классификация вирусов основана на виде и форме их НК , типе симметрии и наличии или отсутствии внешней оболочки

Бактериофаги ( фаги )

· Открыты одновременно во Франции и Англии в 1917 г.

· Из всех вирусов имеют наиболее сложное строение

· Живут и размножаются только в клетках бактерий , вызывая их гибель ( холеры , брюшного тифа , дизентерии и проч., всего около 100 видов ) ; фаги обладают строгой спецефичностью, поражая только бактерии определённого вида ; особенно богат фагами кишечник человека и животных

· Имеют капсид , включающий :

· икосаэдрическую головку из белка ( содержит генетический материал – ДНК или РНК )

- полый стержень из сократительных белков для проникновения через клеточную стенку и инъекции НК фага внутрь клетки бактерии

- опорная пластинка с шестью длинными нитями ( фибриллами ) – обеспечивает абсорбцию бактериофага на клетке- хозяине

· Вирусы разделяются на :

q Вирусы растений ( фитовирусы ) - все относятся к рибовирусам ( РНК –содержащие )

q Вирусы животных

q Вирусы человека ( около 500 видов )

q Бактериофаги ( около 100 видов )

· Не обнаружены вирусы у змей , моллюсков , лишайников , грибов , дрожжей , хвойных , водорослей

Действие вируса на клетку

· Складывается из трёх этапов :

1. Проникновение вируса внутрь клетки – хозяина ( начало инфекционного процесса ) ; имеются различные механизмы этого процесса :

q Рецепторный механизм ( путём эндоцитоза – фаго- и пиноцитоза ) ; характерен для вирусов животных клеток , не имеющих клеточной стенки

- связывание вируса с белком рецептором на поверхности мембраны клетки и образование комплекса вирус – рецептор мембраны ( белок узнаётся вирусом с помощью с помощью специального белка-акцептора в капсиде )

- абсорбция мембраной и погружение комплекса в цитоплазму клетки ( образование вакуоли с вирусом и транспорт её внутри клетки )

q В клетки растений вирусы проникают только в случае механических повреждения целостности покровов и клеточных стенок ( ранении) , т. к. фитовирусам приходиться проходить ещё и через прочную целлюлозную клеточную стенку ( разносчиками этих вирусов могут членистоногие–насекомые)

q Метод инъекции ( характерен для бактериофагов )

- поиск и присоединение фага к спецефическим рецепторам мембраны бактериальной клетки с помо-

. щью опорной пластинки с нитями ( абсорбция фага на мембране клетки–хозяина )

- растворение части оболочки бактерий ферментами стержневой части фага

- сокращение белков полого стержня и проникновение его через клеточную стенку бактерии

- инъекция НК фага внутрь бактериальной клетки ( при этом белковая оболочка фага остаётся на внешней поверхности клетки )

· Заражённая клетка выделяет вещество белковой природы – интерферон , разрушающем его белковые оболочки

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Сейчас известно 39 видов коронавирусов, в каждый вид могут входить десятки и сотни штаммов. Кроме того, есть еще 10 видов — кандидатов в коронавирусы. Специалисты пока только проверяют, можно ли их считать настоящими коронавирусами. У них широкий спектр хозяев среди птиц и зверей, у которых они вызывают заболевания дыхательной системы и желудочно-кишечного тракта. К людям коронавирусы приходят от животных: вирус атипичной пневмонии 2002—2003 годов SARS-CoV пришел от подковоносых летучих мышей, от которых он перескочил в мусанга, или малайскую пальмовую куницу, а из мусанга — уже в человека. (Любителям кофе малайская пальмовая куница должна быть знакома — это тот самый зверек, без которого не было бы кофе копи-лювак: мусангам скармливают кофейные зерна, которые определенным образом ферментируются в кишечнике, изменяя вкусовые свойства; кофе из зерен, которые прогнали через мусангов, считается особо изысканным и стоит весьма немалых денег.)

Еще один человеческий коронавирус известен по вспышке ближневосточного респираторного синдрома, первые случаи которого были зарегистрированы в 2012 году в Саудовской Аравии, — он получил название MERS-CoV. Этот вирус также пришел к людям от летучих мышей с промежуточной остановкой в одногорбых верблюдах (оттого его еще называют верблюжьим гриппом, что неправильно, — коронавирусы от вирусов гриппа отличаются). Умирают от него более трети заразившихся, однако заразиться им сложно: с момента появления вируса и до начала этого года в мире зарегистрировано лишь около двух с половиной тысяч случаев.

Подозревают, что и новый вирус SARS-CoV-2 тоже пришел к нам от летучих мышей.

Наконец, есть еще четыре человеческих коронавируса, два из которых, HCoV-229E и HCoV-OC43, были известны еще до атипичной пневмонии от SARS-CoV, а два других, HCoV-NL63 и HCoV-HKU1, открыли в 2004 и 2005 годах. Все четыре не вызывают ничего серьезнее мягкой простуды; хотя коронавирусная простуда встречается довольно часто — на ее счет относят 15—30% всей простуды в мире.

Но об эпидемиологии коронавирусов мы рассказывать не будем, а вместо этого поговорим о том, как они устроены и как на них реагируют наши клетки.

Обладатели белковой короны

И белок S, и белок HE сидят в мембранной липидной оболочке. Откуда она берется? Как мы помним, наши клетки окружены мембраной и внутри них существует много мембранных органелл — клеточных органов, выполняющих разные функции и ради правильной работы отделенных от остальной клетки двуслойной липидной мембраной. Ее-то вирус и заимствует, выходя из клетки, а как именно, скажем чуть ниже. Кроме S и HE в ней сидит очень много белка М, который поддерживает и структурирует мембрану, и еще немного белка E. Под липидной оболочкой с белками мы найдем геном вируса — нить молекулы РНК, которая усажена белком N: он упаковывает вирусную РНК в компактную свернутую спираль. (Белковая оболочка вирусов, непосредственно взаимодействующая с нуклеиновой кислотой, называется капсидом.) Когда РНК попадает в клетку, то на ней сразу можно синтезировать белки, и такую РНК у вирусов обозначают плюсом.

По этим признакам коронавирусы относят к РНК-содержащим вирусам, чей геном представляет собой одну-единственную плюс-цепь РНК. Так же выглядит геном у множества других вирусов, среди которых есть риновирусы (одна из самых частых причин простуды) и вирус гепатита С. В то же время коронавирусы относят к оболочечным вирусам, у которых кроме нуклеиновой кислоты и связанного с ней структурно-защитного белка (у коронавирусов это белок N) есть еще мембранная оболочка. К оболочечным вирусам еще относятся, например, вирусы герпеса, у которых наследственная информация хранится в ДНК, и ВИЧ. Как видим, по отдельности разные молекулярные черты можно найти у множества вирусов и лишь по их сочетанию отделить одну группу вирусов от другой.

Кстати, геном в виде РНК — это, можно сказать, слабость коронавирусов. В нуклеиновых кислотах время от времени появляются мутации либо из-за внешних факторов, вроде фоновой радиации, либо из-за стандартных ошибок белков, которые эти нуклеиновые кислоты копируют. Но в клеточной ДНК мутации могут быть исправлены специальными ремонтными белками. Этим же ремонтом способны воспользоваться вирусы с геномом в виде ДНК или же те, которые геномную РНК на время копируют в ДНК (такие вирусы называются ретровирусами). А в коронавирусной РНК ошибки никак не исправляются. Мутации помогают вирусам сменить хозяина, но среди мутаций есть очень много вредных, и если вирус не может никак корректировать дефекты в ДНК, они в какой-то момент могут сделать его просто нежизнеспособным.

Любые вирусы — это, грубо говоря, лишь комок молекул, пусть и сложно устроенный. Собственного обмена веществ у вирусов нет, и размножаться за пределами клетки они не могут. Вирусам с мембранной оболочкой проникнуть в клетку проще как из-за самой мембраны, так и благодаря сидящим на ней белкам: они хорошо подходят к клеточным рецепторам. Кроме того, белки мембранной оболочки, как собственно вирусные, так и те, которые вирус прихватил у клетки вместе с куском мембраны, помогают вирусу уходить от иммунной атаки. Но из-за мембраны такие вирусы более чувствительны к разным неблагоприятным факторам, вроде обезвоживания или моющих детергентов, мембрану разрушающих. Поэтому вирусы с мембранной оболочкой лучше всего передаются от хозяина к хозяину, а сидеть на какой-то поверхности и ждать, когда их оттуда снимет потенциальный хозяин, они долго не могут. Этим они отличаются от вирусов без мембраны, которые представляют собой нуклеиновую кислоту, заключенную в белковый капсид, — они более устойчивы в окружающей среде, но проникнуть в клетку для них зачастую сложнее.

Внедрение в клетку

Разные вирусы пользуются разными клеточными белками для входа. Так, вирус атипичной пневмонии SARS-CoV и относительно безобидный HCoV-NL63 связываются с ангиотензинпревращающим ферментом 2, который помогает регулировать кровяное давление, участвует в управлении иммунитетом и играет роль еще в целом ряде процессов. Но белка одного вида для входа бывает недостаточно, поэтому, например, SARS-CoV нужен еще белок TMPRSS2 — одна из сериновых протеаз, участвующая в разных биохимических реакциях. Вирус сначала связывается с одним белком на поверхности клетки, а потом второй белок на поверхности клетки режет вирусный белок S, после чего мембраны вируса и клетки соединяются.

Схема жизненного цикла коронавируса. Проникнув в клетку, вирус высвобождает свою РНК, на которой рибосомы — клеточные машины для белкового синтеза — собирают вирусные белки, необходимые для формирования мембранных пузырьков и для синтеза плюс-цепи геномной РНК — гРНК. На вспомогательных мембранных пузырьках появляются вирусные белки, образующие RTC — replication transcription complex, этот комплекс выполняет репликацию (удвоение генома вируса) и транскрипцию — синтез коротких субгеномных РНК (сгРНК), предназначенных для сборки структурных вирусных белков. Структурный белок N соединяется с геномной РНК и образует нуклеокапсид вируса (геном плюс капсидный белок). На эндоплазматической сети синтезируются другие структурные белки, которые организуют вирусу липидную мембрану.

Вирус проник в клетку, и теперь он начинает копировать свой геном, то есть молекулу РНК, и синтезировать белки, нужные для копирования РНК и для формирования вирусных частиц. Кроме полных геномных РНК коронавирусы создают еще набор более коротких РНК — они синтезируются на больших геномных РНК и нужны только для синтеза белков; в вирусные частицы эти короткие РНК не попадают (точно так же ведут себя некоторые другие вирусы, которые вместе с коронавирусами объединяют в группу Nidovirales). Все вирусные РНК синтезируются в особых белковых комплексах, которые, в свою очередь, закреплены в небольших мембранных пузырьках. Эти пузырьки создает сам вирус: его белки вторгаются во внутриклеточные мембраны и фрагментируют их, создавая пузырьки-везикулы, чтобы РНК-синтезирующим комплексам было к чему пришвартоваться.

Часть насинтезированной РНК остается плавать в цитоплазме клетки — на ней синтезируется белок N, который будет упаковывать геномную вирусную РНК в спираль. Другие структурные белки, те, что потом окажутся в мембранной оболочке вируса (S, M и пр.), синтезируются на РНК, осевшей на особой внутриклеточной структуре — эндоплазматической сети, или эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Эндоплазматическая сеть — это огромная система мембранных канальцев, цистерн и пузырьков, на которых сидят белоксинтезирующие молекулярные машины рибосомы и собирают белки в соответствии с информацией в РНК. Готовые белки погружаются внутрь полостей ЭР, где приобретают правильную пространственную форму и потом либо переходят в клеточную цитоплазму, либо отправляются на экспорт, наружу из клетки, будучи заключены в транспортный мембранный пузырек.

Особенности внутриклеточной борьбы

О том, что у нее внутри орудует вирус, клетка может догадаться по неполадкам с внутренними мембранами — мы помним, что коронавирусы фрагментируют мембраны, чтобы дать опору своим белкам, синтезирующим РНК, и сами вирусные частицы прихватывают себе куски мембран. Кроме того, вирусные белки накапливаются в эндоплазматической сети и вызывают так называемый ЭР-стресс, то есть стресс эндоплазматического ретикулума. ЭР-стресс заставляет клетку остановить синтез белков (что, несомненно, бьет по вирусу — ведь он зависит от клеточной белоксинтезирующей машины) и активирует сигнальные молекулярные пути, которые включают программы клеточного суицида. Наконец, клетка может понять по вирусной РНК, что внутри у нее поселилась инфекция, и в ответ начать синтез интерферона первого типа. Это сигнальный белок, который выходит из клетки и оповещает всех об инфекции, в результате здоровые клетки готовятся защищаться от своей соседки, а иммунные клетки стремятся уничтожить зараженную клетку.