Як віруси знаходять нових господарів

Освоювати нове місце проживання віруси-бактеріофаги починають з мутацій, які відкривають їм широке «вікно можливостей».

Бактеріофаг на поверхні бактерії. (Ілюстрація: naturalismus / Flickr.com ) Бактеріофаги під електронним мікроскопом. (Фото: microbiologybytes / Flickr.com )

<

>

Коли тварина, рослина, бактерія освоюють нову їжу, нове місце проживання, нову екологічну нішу, ми говоримо, що у них з'явилася мутація, яка дозволяє харчуватися їм цієї найновішої їжею і жити на новому місці.

Але що значить «нова мутація»? Зміни в ДНК відбуваються випадковим чином, ні про яке передбаченні і цілепокладання говорити не доводиться - як же тоді виходить, що для зміни способу життя живий організм отримує саме таку мутацію, яка потрібна?

Думаючи так, ми забуваємо, що мутацій відбувається дуже багато, і на одного щасливчика припадає величезна кількість тих, кому не пощастило, хто або загинув в нових умовах, так і не залишивши потомства, або залишився в колишній екологічної ніші. Однак в такому вигляді все виглядає надто спрощеним, тому що ми втрачаємо подробиці того, як працює хороша мутація. Наприклад, чи повинна вона міняти спосіб життя відразу і однозначно, так що індивідуум вже не може повернутися туди, де був, або ж мутація, скоріше, відкриває «вікно можливостей»?

У своїй статті в Science дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго пишуть як раз про «вікно можливостей». Джастіна Мейера (Justin Meyer) і його колег цікавило, як віруси знаходять нових господарів. Віруси, як ми знаємо, паразитують на якихось певних клітинах; якщо говорити про віруси-бактеріофаги, то це будуть якісь конкретні види бактерій. Притому цілком очевидно, що в міру еволюції фаги якось вивчалися проникати в інші бактерії, крім своїх звичайних господарів.

Проникаючи в клітину, вірус використовує білки на її поверхні. Зрозуміло, що самій клітині вони потрібні для іншого, наприклад, для розпізнавання якихось речовин, але вірус використовує ці зовнішні білки в своїх цілях. Щоб відкрити двері в клітку, у вірусу є спеціальні білки, призначені для розпізнавання господаря. Обидва білка, вірусний і клітинний, взаємодіють один з одним, так що вірус може «причалити» до поверхні клітини і зануритися всередину, оточений фрагментом клітинної мембрани.

Як і у випадку з справжніми ключем і замком, вірусний «ключ» -белок може «відкрити» клітку тільки одного типу. Чому так відбувається? Всі білки володіють характерною просторовою конфігурацією, яка, в свою чергу, обумовлена ​​послідовністю амінокислот в білковій молекулі, і тому тривимірна структура у якогось травного ферменту буде одна, а у поверхневого рецептора - інша. Функція білка теж жорстко залежить від його тривимірного «портрета». І коли мова заходить про міжбілкового взаємодії, важливо, щоб їх 3D-структури дозволяли зв'язатися один з одним.

Вірусний білок через особливості своєї структури може взаємодіяти тільки з поверхневими білками свого звичайного господаря. Як в такому випадку відбувається зміна господаря? Експерименти з бактериофагом λ (лямбда) показали, що в його ген, який кодує «ключ» -белок, може потрапити мутація, яка робить його просторову структуру дуже гнучкою. Мутантний білок може згортатися в просторі різними способами, і, відповідно, дізнаватися не один якийсь клітинний білок, а кілька. Молекулярний «ключ» стає універсальним (ну, майже універсальним) - тепер він може відкривати кілька «дверей». Фаг λ з такою мутацією міг проникати як в свою звичайну бактерію-господаря, так і в інші бактерії.

Варто підкреслити, що мова йде всього лише про одну мутації, завдяки якій один і той же білок ставав структурно багатоликим. Звичайно, не виключено, що потім вірусу знадобляться ще мутації, щоб підвищити ефективність проникнення в якусь конкретну бактерію, в якій йому буде розмножуватися зручніше, ніж в інших. Але це вже подальші настройки і оптимізації, які допомагають краще освоїтися в нових умовах.

Як можна здогадатися, мова тут йде не тільки про те, щоб краще розуміти фундаментальні механізми еволюції. Можливо, нові дані допоможуть нам не тільки передбачати спалахи інфекційних хвороб, а й створювати нові, більш ефективні ліки проти стрімко еволюціонують вірусів і бактерій.