Чем ретровирусы отличаются от других рнк содержащих вирусов ответ кратко

Обновлено: 02.07.2024

Лекция профессора молекулярной вирусологии Университетского колледжа Лондона Грега Тауэрса опубликована на сайте ПостНаука.

Одна интересная черта ретровирусов заключается в том, что мы можем понять их эволюцию и эволюцию нашей клеточной защиты. Вирус иммунодефицита человека пришел к нам от приматов. Самый распространенный тип ВИЧ называется ВИЧ-1. Он составляет примерно 60 миллионов человеческих заражений ВИЧ. Это практически единичный случай, когда вирус шимпанзе поразил человека и стал распространяться среди человеческого населения. Мы знаем, что направление заражения именно такое – от шимпанзе к человеку, – потому что у шимпанзе существует больше типов этого вируса, чем у людей.

Существует еще один тип ВИЧ, названный ВИЧ-2, который пришел к нам от африканских обезьян, а именно дымчатого мангобея. И снова разновидностей этого вируса у мангобеев намного больше, чем у человека. Это говорит нам о том, что перенос вируса происходит от обезьяны к человеку. ВИЧ-2 вызывает похожую болезнь, что и ВИЧ-1, у примерно 20–30% людей. Однако у большинства людей не наблюдаются никакие значимые симптомы после заражения ВИЧ-2. Поэтому один из важных вопросов ВИЧ-биологии заключается в поиске отличий между тем вирусом, который заразил 60 миллионов человек, и тем, что не инфицировал даже приблизительно такое число.

У приматов есть похожие вирусы. Более того, большинство африканских приматов имеют вирус, который родственен нашему ВИЧ-1. Обычно мы называем эти вирусы в соответствии с видом, в котором мы их нашли. Вирус шимпанзе называется ВИО (SIV) – вирус иммунодефицита обезьян (simian immunodefiency virus). В таком случае, бывает ли у шимпанзе СПИД? Это не до конца понятно. Не все шимпанзе заражены. Существуют определенные территории, где проживают зараженные шимпанзе. Но так как они не живут жизнью людей, не ведут утонченный образ жизни, а, наоборот, проживают более трудную жизнь, то умирают намного раньше, за ними становится очень сложно следить и выяснять, есть ли у них это заболевание.

Из-за этого долгое время мы думали, что они не страдают никакими болезнями, потому что у них нет такого сильного иммунодефицита, как у людей. Но в последнее время мы стали думать, что они тоже имеют эту болезнь, возможно, в менее суровой форме. Так как они не живут долго, им не приходится страдать от тех симптомов, которые переживает человек.

Таким образом, до конца не известно, что происходит с ретровирусной инфекцией в организме обезьян. У африканских обезьян вирус практически не вызывает никаких заболеваний, поэтому кажется, что имеет место адаптация как носителя, так и самого вируса по такому принципу, что обезьяна может быть инфицирована, но не страдать от болезней. Они могут заразиться в достаточно раннем возрасте, поэтому могут иметь вирус в своем теле, но при этом не ощущать значимых последствий для своей жизни.

Среди других видов ретровирусы тщательно изучались у мышей. Это делалось в основном потому, что ретровирусная инфекция у мышей способна вызывать рак. Мышь заражается ретровирусом, который обычно называют гамма-ретровирус. Оказывается, что эта ретровирусная инфекция вызывает у мышей рак. Люди, изучавшие рак в 1950–1960-х годах, то есть в самом начале подобных исследований, выращивали мышь до тех пор, пока она не становилась очень уязвимой к этой болезни, а потом пытались выяснить, почему у этих мышей развивается рак. Оказалось, что они получали рак, потому что были инфицированы ретровирусом. Эти ретровирусы переносили гены (онкогены), которые вызывали рак. Таким образом, все первичные исследования ретровирусов были направлены на понимание того, как работает рак и что его вызывает.

Когда появился ВИЧ и стал вызывать иммунодефицит, это стало первым случаем, когда такой тип вируса вызвал такую болезнь. До этого мы знали о ретровирусах только из исследований гамма-ретровирусов, вызывающих рак. Ретровирусы – это такие типы вирусов, которые можно рассматривать как вирусы, путешествующие налегке. Так, например, ВИЧ имеет всего девять генов, а другие ретровирусы вообще три. Так что они действительно путешествуют налегке по сравнению с вирусом герпеса, например, который имеет около двухсот генов. Я считаю, что их стратегия – путешествовать налегке и быть тихими. Их цель при поражении клетки – не активировать ее и не причинить много ущерба. Я думаю, что изначально они не вызывают сильных болезней, но в длительной перспективе эта инфекция может вызвать болезни вроде рака у мышей. Хотя, возможно, они не вызовут рак у диких мышей. Это происходит только тогда, когда мы пробиваем защиту мыши.

Итак, ретровирусы – это относительно милосердные вирусы, я считаю, потому что они не управляют вашим телом, как делают другие вирусы. Главное их отличие в том, что они превращают РНК в ДНК и интегрируют ДНК в хроматин. Это и есть уникальная черта ретровирусов. Некоторые другие вирусы поступают так же, но только в качестве дополнения. Ретровирусы целиком зависят от этого процесса интеграции. Если клетка не может от них избавиться, она должна умереть для избавления себя от вирусной инфекции.

Ретровирусы внедряют свой геном в хроматин хозяина. Стоит этим генам попасть внутрь хроматина – они останутся там навсегда. Клетка в целом относится к ним как к клеточным генам, так что они считываются, производят РНК, а позже эта РНК направляется в цитоплазму. Вирус производит протеин, клетка производит вирусный протеин, новые вирусы формируются, и они готовы двигаться дальше, заражать новые клетки. Так ретровирусы стали отличным инструментом для изучения клеточной биологии, и это потому, что они простые. Некоторые из них имеют всего три гена. Даже сложный ретровирус вроде ВИЧ имеет всего девять генов. Поэтому очень легко взять их, разделить на части и изучать, какая часть за что отвечает.

В поле генной терапии существует трюк, когда берут ретровирус, вынимают из него ретровирусные гены и вставляют те гены, которые нужны. Потом можно сформировать ретровирусные частицы. Этот трюк можно использовать для развития ретровирусного вектора. Работает это так: можно взять ретровирусный геном, который обычно шифрует все ретровирусные гены, избавиться от них и поставить на их место предпочтительный ген, например терапевтический ген или ген, который можно просто измерять, – мы обычно используем ЗФБ (GFP), который заставляет клетки зеленеть. Если вы это сделаете, вы сможете производить ретровирусные частицы, которые будут только заражать клетку и производить белок. В ретровирусе не окажется ретровирусных генов, так что он сможет производить только терапевтические гены или ЗФБ. И это прекрасный инструмент для изучения клеточной биологии.

Например, можно изменить клетку и посмотреть, продолжает ли вирус оказывать на нее свое влияние, или можно, наоборот, изменить вирус и проверить, может ли он теперь инфицировать клетку. Это будет называться генетическим подходом. Можно выяснить роль различных частей вируса в попадании в клеточное ядро, в попадании в клетку, в пересечении цитоплазмы.

Многие лаборатории сосредотачиваются на исследованиях ретровирусных векторов и ретровирусов, чтобы изучать врожденный иммунитет. Врожденный иммунитет, или внутриклеточный врожденный иммунитет, – это способность индивидуальной клетки защищать себя от вирусной инфекции. Я считаю, что это достаточно увлекательное направление. Осознание его важности произошло не так давно, около 20 лет назад. Теперь мы понимаем, что находимся под атакой вирусных инфекций на протяжении всей эволюции. За это время мы выработали очень сложные пути защиты себя от инфекций. У нас сформирована адаптивная иммунная система, Т-лимфоциты и антитела. Но кроме этого, каждая клетка нашего тела имеет способность защищать себя от инфекции. Ретровирусы дают прекрасную возможность это изучить.

Например, мы пытаемся узнать, как клетка понимает, что внутрь нее попал вирус. Она делает это при помощи процесса, который мы называем распознаванием образов. В наших клетках есть молекулы, способные обнаружить входящий вирус, потому что они замечают нечто, что выглядит иначе с конформационной и химической перспектив. Если рецептор распознавания образов видит входящий вирус, он вызовет антивирусную реакцию. Несколько вещей начнут происходить. Прежде всего, клетка начнет вырабатывать намного больше белка, чем делала раньше. Также она начинает выделять белок вида интерферон тип 1, что позволит еще незараженным клеткам узнать, что приближается вирус. Интерфероны активируют эти незараженные клетки на производство их антивирусной защиты. Это фантастически эффективный способ противостоять вирусной репликации. Так как ретровирусы с их тремя и девятью генами являются очень простыми, мы можем производить мутации и наблюдать за тем, являются ли они все еще способными проходить через защиту, и мы можем понять, как именно они это осуществляют.

Об авторе:
Грег Тауэрс – professor of Molecular Virology, University College London; Head of Research Group, UCL Division of Infection and Immunity.

Объяснение:

образование нового вида с ароморфоз.

Наименование группы Наименование органов Железы внутренней секреции Щитовидная и околощитовидная железы Надпочечники Гипофиз Эпифиз Органы, содержащие эндокринные ткани Печень Поджелудочная Яичники Яички Органы, содержащие эндокринные клетки Предстательная железа Сердце Гипоталамус Тимус Кишечник Селезенка Таким образом, эндокринная система состоит из органов, задача которых в большинстве случаев не ограничивается синтезом активных веществ.

Так, объем головного мозга человека превышает объем мозга его ближайшего предшественника – человекообразной обезьяны – более чем в два раза. Если у человекообразной обезьяны средний объем мозга равен 600 см3, то у человека он составляет 1400 см3. Еще в большей пропорции увеличивается площадь поверхности больших полушарий, так как количество извилин коры головного мозга и их глубина у человека значительно больше.

Однако с появлением человека происходит не только физическое увеличение объема головного мозга и площади коры. Происходят существенные структурные и функциональные перестройки мозга. Например, у человека по сравнению с человекообразной обезьяной уменьшилась в процентном соотношении площадь проекционных нолей, связанных с элементарными чувствительными и двигательными функциями, и увеличилось процентное содержание интегративных полей, связанных с высшими психическими функциями. Такое резкое разрастание коры головного мозга, ее структурная эволюция прежде всего связаны с тем, что ряд элементарных функций, которые у животных целиком осуществляются низшими отделами мозга, у человека уже требуют участия коры. Происходит дальнейшая кортикализация управления поведением, большее подчинение элементарных процессов коре по сравнению с тем, что наблюдается у животных.

Благодаря клиническим исследованиям мы знаем, что сознательная деятельность и осознанное поведение человека в значительной степени определяется переднелобными и теменными полями коры головного мозга. Так, при поражении переднелобных полей человек теряет способность сознательно и разумно управлять своей деятельностью в целом, подчинять свои действия более отдаленным мотивам и целям. В то же время поражение теменных полей приводит к утрате представлений о временных и пространственных отношениях, а также логических связей. Интересен тот факт, что лобные и теменные поля у человека по сравнению с человекообразными обезьянами развиты в наибольшей степени, особенно лобные. Если лобные поля у обезьян занимают около 15% площади коры головного мозга, то У человека они занимают 30%. Кроме этого, переднслобные и нижнетеменные участки у человека имеют некоторые нервные центры, отсутствующие у животных.

Следует также отметить, что на характере структурных изменений головного мозга человека отразились результаты эволюции двигательных органов. Каждая группа мышц тесно связана с определенными двигательными полями коры головного мозга. У человека двигательные поля, связанные с той или иной группой мышц, имеют разную площадь, размер которой напрямую зависит от степени развития той или иной группы мышц. При анализе соотношений размеров площади двигательных полей обращает на себя внимание то, насколько велика но отношению к другим полям площадь двигательного поля, связанного с кистями рук. Следовательно, кисти рук человека имеют наибольшее развитие среди органов движения и наиболее связаны с деятельностью коры головного мозга. Необходимо подчеркнуть, что подобный феномен встречается только у человека.

Ретрови́русы (лат. Retroviridae ) — семейство РНК-содержащих вирусов, заражающих преимущественно позвоночных. Наиболее известный и активно изучаемый представитель — вирус иммунодефицита человека.

После инфицирования клетки ретровирусом в цитоплазме начинается синтез вирусного ДНК-генома с использованием вирионной РНК в качестве матрицы. Все ретровирусы используют для репликации своего генома механизм обратной транскрипции: вирусный фермент обратная транскриптаза (или ревертаза) синтезирует одну нить ДНК на матрице вирусной РНК, а затем уже на матрице синтезированной нити ДНК достраивает вторую, комплементарную ей нить. Образуется двунитевая молекула ДНК, которая интегрируется в хромосомную ДНК клетки во время клеточного деления, когда нет ядерной оболочки, (исключением является ВИЧ, ДНК которого активно проникает в ядро) и далее служит матрицей для синтеза молекул вирусных РНК. Эти РНК выходят из клеточного ядра и в цитоплазме клетки упаковываются в вирусные частицы, способные инфицировать новые клетки.

По одной из гипотез, ретровирусы могли произойти от ретротранспозонов — подвижных участков генома эукариот. [2]

Содержание

Устройство

Вирионы сферической формы размером 80 — 100 нм, покрыты внешней липопротеиновой оболочкой, имеющей ворсинки длиной 8 — 10 нм. Внутри икосаэдрального капсида находится спиральный РНП. Наружная оболочка, капсидная мембрана и нуклеоид на разрезе вириона расположены концентрически. Чувствительны к эфиру, термолабильны, относительно резистентны к УФ-лучам. Характерной чертой семейства является наличие в составе вириона РНК-зависимой ДНК- полимеразы, иначе называемой обратной транскриптазой. Это и послужило основой для названия семейства (от лат. retro — обратный). Вирионы имеют 6 структурных белков, из них 4 внутренних (капсидных) негликолизированных и 2 гликопротеина оболочки.

Основными структурными генами кодирующими трансляцию белков, из которых в последующем строится вирус, являются gag (group — specificantigens), pol (polymerase), env (envelope). К регуляторным генам относятся: tat (трансактиватор всех вирусных белков), rev (регулятор экспрессии вирионных белков), vif (вирионный инфекционный фактор), vpr (функции остаются неясными), nef (негативный фактор экспрессии), vpx (функции неизвестны)

Капсидные белки несут группоспецифические межвидовые антигены и являются основой для разделения вирусов на роды и подроды. Гликопротеиды являются типоспецифическими антигенами, участвуют в реакции нейтрализации. Геном ретровирусов представлен однонитчатой РНК с молекулярной массой 7 мегадальтон и состоит из двух копий, каждая из которых является полноценным геномом и содержит одинаковую генетическую информацию, однако неизвестно, обе ли они функциональны. Нуклеиновая кислота онковирусов имеет гомологию с клеточной ДНК своего вида хозяина. Вирионная РНК неинфекционна. Вирусная РНК транскрибируется в ковалентно связанную двунитчатую ДНК, которая интегрируется с клеточной ДНК в виде ДНК-провируса. Провирус, экстрагированный из клетки, обладает инфекционностью. Многие вирусы этого семейства вызывают неопластические процессы, главным образом лейкемии и саркомы ряда видов животных. Нормальные клетки некоторых видов животных содержат интегрированные копии соответствующих видов онковирусов. Они могут никак не проявляться или активируются некоторыми физическими и химическими факторами, а возможно, и при инфекции другими онковирусами. Часто встречаются дефектные вирусы, размножающиеся с помощью вируса-помощника. Передаются вертикально и горизонтально. Ретровирусы, наши сожители, враги и помощники [3]

Retroviridae

Семейство Retroviridae включает три подсемейства:

Oncovirinae (онковирусы), важнейший представитель которого — T-лимфотропный вирус человека типа 1 ;
Lentivirinae (лентивирусы), к которому относится ВИЧ ; и
Spumavirinae (спумавирусы, или пенящие вирусы).

Ретровирус раздваивает функции своего генетического материала: инфекционную функцию, то есть функцию самораспространения, выполняет вирусная РНК, а функцию экспрессии вирусных генов и синтеза молекул РНК, которые затем перенесут генетическую информацию в другие клетки, выполняет вирусная ДНК. Попадая внутрь клетки в ходе вирусной инфекции, ретровирусная РНК превращается в ДНК путем хорошо теперь известного процесса обратной транскрипции. Эта ДНК встраивается в геномную ДНК и с этого момента становится неотъемлемой частью генома клетки. А вирус становится провирусом. Провирус для животной клетки это то же самое, что профаг для бактериальной. Кстати, идеи лизогении, по-видимому, и привели Говарда Темина, который вместе с Дэвидом Балтимором открыл обратную транскрипцию, к идее провирусного состояния ретровирусов. По информационному содержанию ДНК-вариант генома ретровируса отличается от РНК-варианта только тем, что ДНК содержит не короткие концевые повторы, а длинные концевые повторы, LTR .

Особенности трансляции РНК ретровирусов

Находясь в составе геномной ДНК, вирусные гены транскрибируются под контролем LTR

LTR, long terminal repeats. Последовательности LTR включают в себя последовательности STR. Возникновение LTR очень важно для экспрессии вирусных генов. Они содержат вирусные регуляторные транскрипционные элементы: промотор, энхансер, и другие. Например, некоторые вирусы содержат элементы, определяющие зависимость вирусной транскрипции от наличия определенных гормонов. LTR и являются теми регуляторными сигналами, которые вирус использует для эксплуатации клеточной транскрипционной машины в своих целях.

Продуктом транскрипции является полноразмерная вирусная РНК. Она должна транслироваться. И здесь вирусу необходимо решить такую проблему: нужно синтезировать много белков, а РНК одна. И в клетках эукариот РНК моноцистронны, то есть предназначены для синтеза только одного белка. Синтез белка в большинстве случаев начинается с ближайшего к кэп-сайту инициирующего кодона [4] .

Если просмотреть открытую рамку считывания от этого ближайшего инициирующего кодона, то мы увидим, что если бы вирус пользовался традиционными способами экспрессии, то он смог бы синтезировать только полипептид GAG. А дальше идет стоп- кодон. Как быть с POL и ENV? Кроме того, эти полипептиды очень длинны, а в вирусе содержатся гораздо более короткие. Проблема решается несколькими способами.

Во-первых, с помощью сплайсинга эта одна РНК превращается в нашем упрощенном варианте еще в одну, более короткую. При этом последовательности, кодирующие ENV полипептид, оказываются рядом с инициирующим кодоном, ближайшим к кэп-сайту, и начинают транслироваться.

Во-вторых, разными для разных ретровирусов способами они ухитряются обойти стоп — кодон после открытой рамки считывания GAG и синтезировать сплавленный полипетид GAG-POL, который содержит последовательности обоих групп белков.

В-третьих, полученные длинные полипептиды подвергаются процессингу и разрезаются на множество белков, которые и функционируют либо в роли регуляторных, как, например, обратная транскриптаза, либо в роли структурных, как, например, белки оболочки зрелых вирусов.

Иными словами, ретровирусы используют гибкую тоталитарную систему для весьма тонкой регуляции синтеза большого разнообразия белков под контролем одного промотора.

Род Deltaretrovirus

Т-лимфотропный вирус человека — это человеческий РНК ретровирус, который вызывает такие злокачественные новообразования лимфоидной и кроветворной тканей, как Т-клеточный лейкоз и Т-клеточную лимфому у взрослых. Возможно вовлечение этого возбудителя в определенные демиелинизирующие болезни, включая тропический спастический парапарез. Взрослый Т-лимфотропный вирус (ВТЛВ) — это штамм вируса-возбудителя указанной болезни, который поражает преимущественно взрослых. Близкородственный вирус — это вирус лейкоза крупного рогатого скота. В настоящее время известно о четырех серотипах этого вида вируса.

См. также

Ссылки

Литература

Примечания

↑Таксономия вирусов на сайте Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV).
↑ А. Марков. Данные сравнительной геномики проливают свет на происхождение ретровирусов.[1]
↑ Гловер. Д (ред), 1989 Новое в клонировании ДНК/Под ред. Д.Гловера//М: Мир.- 1989.-367С.
↑ Kozak, 1986 (см. в статье консенсусная последовательность Козак)

Классификация вирусов по Балтимору
I: дц ДНК-вирусы	Caudovirales: Myoviridae • Podoviridae • Siphoviridae покрытые оболочкой: Herpesviridae • Poxviridae без облочки: Adenoviridae • Papovaviridae • Papillomaviridae • Polyomaviridae без группы: Ascoviridae • Asfarviridae • Baculoviridae • Coccolithoviridae • Corticoviridae • Fuselloviridae • Guttaviridae • Iridoviridae • Lipothrixviridae • Nimaviridae • Phycodnaviridae • Plasmaviridae • Rudiviridae • Tectiviridae Mimivirus
II: оц ДНК-вирусы	без оболочки: Parvoviridae без группы:Circoviridae • Geminiviridae • Inoviridae • Microviridae • Nanoviridae
III: дц РНК-вирусы	Birnaviridae • Chrysoviridae • Cystoviridae • Hypoviridae • Partitiviridae • Reoviridae (Rotavirus) • Totiviridae
IV: (+) оц РНК-вирусы	Nidovirales: Arteriviridae • Coronaviridae • Roniviridae Astroviridae • Barnaviridae • Bromoviridae • Caliciviridae • Closteroviridae • Comoviridae • Dicistroviridae • Flaviviridae • Flexiviridae • Leviviridae • Luteoviridae • Marnaviridae • Narnaviridae • Nodaviridae • Picornaviridae (Enterovirus, Rhinovirus) • Potyviridae • Sequiviridae • Tetraviridae • Togaviridae • Tombusviridae • Tymoviridae
V: (-) оц РНК-вирусы	Mononegavirales: Bornaviridae • Filoviridae • Paramyxoviridae • Rhabdoviridae Arenaviridae • Bunyaviridae • Orthomyxoviridae
VI: оц РНК-ОТ-вирусы	Metaviridae • Pseudoviridae • Retroviridae
VII: дц ДНК-ОТ-вирусы	Hepadnaviridae • Caulimoviridae

Вирусы по алфавиту
Ретровирусы
Семейства вирусов

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Ретровирусы" в других словарях:

РЕТРОВИРУСЫ — РЕТРОВИРУСЫ, представители семейства ретровирусов (Retroviridale), чей генетический код, в отличие от других живых организмов, содержит РНК (рибонуклеиновую кислоту), а не обычную ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту). Для размножения ретровирусы… … Научно-технический энциклопедический словарь

ретровирусы — семейство РНК–содержащих вирусов. Диаметр вирусных частиц 80 100 нм. Капсид икосаэдрический, заключен в липопротеидную оболочку. Содержит несколько фрагментов одноцепочечной линейной РНК (мол. масса 10–12 млн Да), обратную транскрипта–зу.… … Словарь микробиологии

РЕТРОВИРУСЫ — (от лат. retro назад и вирусы) семейство РНК содержащих вирусов. Обнаружены у всех позвоночных (в т. ч. человека) и некоторых беспозвоночных. Особенность ретровирусов наличие в жизненном цикле обратной транскрипции (синтез ДНК на матрице РНК),… … Большой Энциклопедический словарь

РЕТРОВИРУСЫ — (от лат. retro обратно, назад и вирусы), семейство РНК содержащих вирусов. Диам. вирусных частиц 80 100 нм. Капсид икосаэдрический, заключён в липопротеидную оболочку. Содержат неск. фрагментов одноцепочечной линейной РНК (общая мол. м. 10 12 000 … Биологический энциклопедический словарь

ретровирусы — лейковирусы Группа РНК содержащих вирусов диаметром 70 120 нм, капсид заключен в липопротеиновую оболочку, каждая частица включает по 2 идентичные молекулы РНК и связанные с ними молекулы обратной транскриптазы; многие Р. опухолеродны (вирус… … Справочник технического переводчика

Ретровирусы — * рэтравірусы * retroviruses класс однонитчатых РНКовых вирусов, инфицирующих клетки эукариот, в которых РНК геном транскрибируется в ДНК копию (кДНК) с помощью РНК зависимой ДНК полимеразы (обратной транскриптазы, см.). Эта двунитчатая кДНК… … Генетика. Энциклопедический словарь

РЕТРОВИРУСЫ — 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… … Энциклопедия Кольера

ретровирусы — (от лат. retro назад и вирусы), семейство РНК содержащих вирусов. Обнаружены у всех позвоночных (в том числе человека) и некоторых беспозвоночных. Особенность ретровирусов наличие в жизненном цикле обратной транскрипции (синтез ДНК на матрице… … Энциклопедический словарь

ретровирусы — (Retraviridae; син. вирусы лейкозов) семейство вирусов, вирионы которых содержат нуклеокапсид и имеют наружную оболочку; геном представлен однонитчатой молекулой рибонуклеиновой кислоты; в вирионе Р. содержится ревертаза (обратная транскриптаза); … Большой медицинский словарь

Уже много лет между эволюционистами и креационистами продолжается спор о том, как же все-таки произошел человек — путем эволюции или божественного сотворения? К счастью, древние вирусы на протяжении миллионов лет ведут летопись эволюции и записывают ее в нашу ДНК.

После расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК многих животных, в том числе и человека, стало возможным узнать, где именно в геноме находятся эти остатки древних вирусов. И взору ученых предстала строгая упорядоченность расположения эндогенных ретровирусов — выяснилось, что все они находятся в геномах в строго определенных местах. Некоторые из них характерны лишь для человека или для кошки и не встречаются у других животных. Другие же ретровирусы можно обнаружить в одном и том же месте, к примеру, в геномах гориллы, шимпанзе, орангутанга и человека.

Почти половина генома

У разных ретротранспозонов (транспозон — мобильный элемент ДНК) процесс обратной транскрипции имеет свои особенности.

У ретротранспозонов с длинными концевыми повторами (LTR-ретропозоны) обратная транскрипция происходит не в ядре, а в цитоплазме. Так как по своему строению и механизму перемещения LTR-ретропозоны имеют большое сходство с вирусами, данный класс подвижных элементов называют ретровирусоподобными. Их содержание в геноме человека — около 8% всей последовательности нуклеотидов.

Ко второму классу ретротранспозонов, без длинных концевых повторов (non-LTR), относятся элементы LINE (Long Interspersed Elements — длинные перемежающиеся элементы) и SINE (Short Interspersed Elements — короткие перемежающиеся элементы). Перемещение и встраивание ДНК-копии этих элементов происходит не в цитоплазме, а в ядре. Элементы LINE — самые многочисленные из подвижных структур человека: они занимают в ДНК пятую часть (около 20%) от всей последовательности нуклеотидов. И они же единственные из мобильных генов человека, сохранившие до сих пор свою самостоятельную способность к перемещению.

Одомашненные вирусы

Транскрипция — это перенос генетической информации с ДНК на рибонуклеиновую кислоту (РНК), при котором ДНК используется в качестве отправной точки, матрицы. Транскрипцию можно наблюдать всякий раз, когда осуществляется синтез новых белков. До открытия американцами обратной транскрипции считалось, что движение в направлении от РНК к ДНК невозможно. Но, как оказалось, этот генетический метод активно используется в живой природе, в том числе и такими опасными ее представителями, как вирусы (среди которых и самый опасный для человека — ВИЧ).

Жизненный цикл ретровируса

Вирус прикрепляется к строго определенным клеткам хозяина благодаря образованию связей белков капсида и рецепторов на поверхности клетки. После проникновения в клетку собственные ферменты или ферменты клетки хозяина разбирают капсид. Вирусная РНК высвобождается и подвергается обратной транскрипции: обратная транскриптаза формирует по матрице РНК цепочки ДНК, а интеграза инициирует проникновение провирусной ДНК в ядро и включение ее в геном хозяина. В ядре происходит процесс репликации (повторной сборки) вирусной РНК, который уже стал неотъемлемой функцией генома хозяина. В хозяйской цитоплазме вирусная РНК обзаводится капсидом. Отпочковываясь от клетки, обновленный вирус прихватывает с собой часть мембраны хозяина, используя ее в качестве собственной оболочки.

Устройство вириона

РНК ретровируса располагается в белковой оболочке под названием капсид. Наружная липидная оболочка покрыта ворсинками длиной 8−10 нм. Вирион имеет форму икосаэдра (двадцатигранника) и диаметр 80−100 нм.

Двигатель прогресса

Еще в конце 1980-х годов можно было встретить утверждение о том, что ретровирусы не способны вызывать эпидемический процесс. И отсюда — бесплодные попытки ученых создать вакцину против ВИЧ. Ретровирусы и сегодня не утратили своей способности вызвать большую пандемию. Однако ретровирусы, по мнению ученых, могут быть полезными. Предполагается, и не без оснований, что они сослужили нам хорошую службу в процессе эволюции, передав человеку и другим живым организмам свои структурные элементы, ставшие впоследствии нашими генами.

Как мы строим супервирус

Сегодня уже точно известен целый ряд важных генов, берущих свое начало от ретроэлементов. Прежде всего это некоторые гены, участвующие во внутриутробном развитии плода. Несколько лет назад появились данные, что ретровирусы могли сыграть весомую роль в эволюции плацентарных животных. Появление у древних организмов плаценты — важный этап их эволюционного развития в сторону усложнения. Плацента позволила предкам человека продлить внутриутробное развитие. Именно с этим сегодня связывают кардинальные изменения у млекопитающих, живших около 60 млн лет назад, — увеличение размеров мозга и постепенное развитие умственных способностей.

Основной целью российских биологов был поиск ретровирусов hsERV, которые осуществляют функции энхансеров (усилителей). Энхансеры — это нуклеотидная последовательность с регуляторными функциями, которая обычно находится вблизи (или внутри) генов и повышает их экспрессию. Из всех обнаруженных на сегодня hsERV лишь шесть копий находились в районах обычного расположения энхансеров. Изучив эти шесть ретровирусов, исследователи смогли выявить один hsERV, расположенный вблизи важного гена PRODH.

Ген PRODH кодирует фермент пролиндегидрогеназу, связанный с синтезом глутамата, одного из нейромедиаторов, стимулирующего передачу сигналов возбуждения в нервной системе. У шимпанзе аналогичный ген во всех местах его расположения (в гиппокампе, префронтальной коре и хвостатом ядре) не имеет рядом с собой участка ДНК с эндогенными ретровирусами и менее активен по сравнению с человеческим. Есть основания полагать, что внедрение ретровируса вблизи этого гена сыграло весомую роль в развитии умственных способностей человека.

Хозяева Земли

По мнению Супотницкого, именно ретровирусы (и ретроэлементы) — настоящие хозяева Земли. Они возникли раньше нас в процессе эволюции, принимали активное участие в создании сложных организмов и вполне способны ради большего разнообразия видов сгубить все человечество.

Автор выражает большую благодарность
д. б. н. А. А. Буздину (Институт биоорганической химии РАН)
за помощь при написании статьи.

Ретровирусы помогают своим родственникам встроиться в хозяйский геном

Считалось, что из всех РНК-содержащих вирусов только ретровирусы способны синтезировать ДНК на матрице своей РНК и встраиваться в геном хозяйской клетки. Как выяснилось, другие РНК-содержащие вирусы тоже умеют это делать, хотя у них нет генов, необходимых для обратной транскрипции (синтеза ДНК на матрице РНК). Встраивание этих вирусов в хромосомы хозяина происходит благодаря своеобразной кооперации с уже обжившимися в хозяйском геноме ретровирусами.

Ретровирусы отличаются от других РНК-содержащих вирусов тем, что в их геноме есть ген обратной транскриптазы — фермента, который осуществляет синтез ДНК на матрице вирусной РНК. Эта ДНК затем встраивается в геном хозяйской клетки и начинает размножаться вместе с ним. Если это произойдет в половой клетке, встроенный ретровирус может начать передаваться по наследству в череде поколений организмов-хозяев, то есть стать эндогенным ретровирусом. Утратив в результате мутаций инфекционность — то есть способность передаваться горизонтально от одного хозяина к другому — эндогенный ретровирус превращается в ретротранспозон. Ретротранспозон может размножаться только внутри хозяйских клеток, встраиваясь в разные места генома и внося сумятицу в работу генетических систем хозяина. Возможен и обратный процесс — превращение ретротранспозонов в активные ретровирусы.

Встраивание ретровирусов и ретротранспозонов в геном организма-хозяина может приводить к печальным последствиям.

Эта собака родилась обесцвеченной и глухой на оба уха из-за того, что ретротранспозон встроился в один из ее генов (SILV), нарушив его работу.

Другие РНК-содержащие вирусы обходятся без обратной транскрипции и встраивания в хозяйский геном. У них нет генов обратных транскриптаз, зато есть гены РНК-зависимых РНК-полимераз — ферментов, которые просто размножают молекулы РНК, минуя стадию ДНК.

До сих пор считалось, что такие вирусы не могут встраивать свой наследственный материал в геном хозяина (или, точнее, что это может происходить лишь исключительно редко, в силу стечения ряда маловероятных обстоятельств; необходимо помнить, что в биологии почти нет абсолютно строгих правил такого рода — любой догматизм здесь противопоказан).

В 1997 году швейцарские биологи установили, что в хромосомах мышей после заражения РНК-содержащим вирусом LCMV (lymphocytic choriomeningitis virus) систематически обнаруживаются фрагменты вирусного генома, а именно гены вирусного гликопротеина (GP) и нуклеопротеина (NP). Как происходит синтез ДНК на матрице вирусной РНК при отсутствии у вируса LCMV обратной транскриптазы, никто не знал.

Известно, что IAP активизирует свою деятельность (то есть начинает транскрибироваться и, возможно, встраиваться в другие места генома) во время сперматогенеза (это свойственно и другим мобильным генетическим элементам), а также в тимусе, где лимфоциты подвергаются целенаправленным геномным перестройкам. Однако реальная роль IAP в мышиной физиологии и эволюции толком не известна.

Исследователи заражали мышиные клетки вирусом LCMV до тех пор, пока не получили две линии клеток, содержащих в своем геноме вирусные гены. Затем из этих клеток были выделены и размножены фрагменты геномной ДНК, включающие гены LCMV, вместе с прилегающими участками.

Оказалось, что в обеих линиях произошло встраивание в хозяйский геном вирусного гена GP. В одной линии клеток вирусный ген встроился в 7-ю хромосому, в другой — в 10-ю. Самое главное, что в обоих случаях к встроенному вирусному гену непосредственно прилегает нуклеотидная последовательность ретротранспозона IAP.

Это позволило ученым предположить, что обратная транскрипция вирусного генома и последующее встраивание получившейся ДНК в хозяйский геном были осуществлены благодаря деятельности ферментов, кодируемых ретротранспозоном IAP.

Чтобы проверить это предположение, исследователи вводили активные копии мышиного ретротранспозона IAP в клетки других видов млекопитающих (человека, зеленой мартышки, собаки и китайского хомячка), у которых интеграция генов LCMV в геном никогда не наблюдалась. В качестве контроля использовались клетки, в которые не вводили дополнительных генов или вводили ген зеленого светящегося белка. Затем все эти клетки заражали вирусом LCMV и смотрели, будет ли синтезироваться ДНК на матрице вирусной РНК.

В клетках всех четырех видов животных, в которые был введен ретротранспозон IAP, гены вируса LCMV подвергались обратной транскрипции (в среднем в 70% клеток). В контрольных клетках этого не произошло ни разу. Таким образом, IAP действительно необходим для встраивания генов LCMV в хозяйский геном, причем ретротранспозон успешно справляется с этой работой не только в клетках своего природного хозяина — мыши, но и в клетках других животных.

Используя в экспериментах разные варианты ретротранспозона IAP, исследователи установили, что для успешного встраивания LCMV необходимо наличие в составе IAP неповрежденных генов pol и gag (каждый из этих генов кодирует по несколько белков; обратная транскриптаза кодируется геном pol).

Вирус LCMV может проникать в семенники мышей, где активно работают ретротранспозоны IAP. Теоретически LCMV мог бы встроиться в геном сперматозоида и стать наследственным, но до сих пор этого не произошло: в геномах мышей, не зараженных вирусом LCMV, не удалось обнаружить никаких фрагментов генома LCMV, несмотря на целенаправленный поиск.

Авторы отмечают, что полученные ими результаты необходимо учитывать при разработке новых методов генной терапии, основанных на создании искусственных РНК-содержащих вирусов с нужными пациенту генами. Ведь в геноме человека тоже есть немало эндогенных ретровирусов. Правда, почти все они неактивны, но некоторые, возможно, частично сохранили активность. Эти эндогенные ретровирусы теоретически могут обеспечить встраивание геномов искусственных РНК-содержащих вирусов в человеческие хромосомы, что может привести к плохо предсказуемым последствиям. Поэтому все новые терапевтические РНК-вирусы должны проходить предварительную проверку на способность встраиваться в хозяйский геном.

Источник: Markus B. Geuking, Jacqueline Weber, Marie Dewannieux, Elieser Gorelik, Thierry Heidmann, Hans Hengartner, Rolf M. Zinkernagel, Lars Hangartner. Recombination of Retrotransposon and Exogenous RNA Virus Results in Nonretroviral cDNA Integration // Science. 2009. V. 323. P. 393–396.

Читайте также: