Как размножаются поксвирусы

Последний случай оспы в мире произошел в Сомали в октябре 1977 года. В 1980 году Всемирная организация здравоохранения (WHO) объявила о ликвидации оспы. По официальным данным, вирус сегодня существует только в двух лабораториях повышенной безопасности в России и США, где используется в исследовательских целях.

Хотя поксвирусы больше не представляют непосредственной угрозы для человека, это семейство вирусов по-прежнему представляет большой интерес для ученых. С одной стороны, модифицированные штаммы используются в лечении рака, с другой — они обладают крайне интригующими свойствами размножения.

Вирусы оспы строят собственную машину для размножения

В то время как многие вирусы в значительной степени используют биохимические ресурсы клетки-хозяина для своего размножения, поксвирусы кодируют в своем геноме собственную молекулярную машинерию для этой цели. Важными компонентами этой машинерии являются два фермента: ДНК-полимераза для умножения вирусных генов и РНК-полимераза для транскрипции вирусных генов в mRNA. РНК-полимераза штамма поксвируса вакцинии, например, представляет собой крупный комплекс, состоящий из 15 различных белковых субъединиц с разными биохимическими функциями.

Команда исследователей из Биоцентра Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (JMU) впервые смогла понаблюдать за работой полимеразы вирусов вакцинии на атомном уровне. Ранее команда уже сообщала о трехмерной структуре РНК-полимеразы с атомарным разрешением. Работой руководит Утц Фишер, заведующий кафедрой биохимии I в JMU. Результаты их работы представлены в публикации в журнале Nature Structural and Molecular Biology.

Трехмерные структуры в атомном масштабе

«Мы смешали изолированную РНК-полимеразу с фрагментом ДНК, содержащим промотор, то есть стартовый сигнал для транскрипции вирусных генов. Фермент точно распознал этот элемент ДНК и начал производить mRNA», — объясняет Джулия Бартули, ответственная за биохимическую часть исследования. На следующем этапе образцы были исследованы с помощью крио-электронного микроскопа в сотрудничестве с Беттиной Бёттчер с кафедры биохимии II. На основе собранных данных ученые смогли реконструировать трехмерную структуру образца вплоть до атомного масштаба, используя современные компьютерные методы.

Конечный результат этого длительного процесса вызвал у них энтузиазм: «Один единственный образец, который мы исследовали под микроскопом, позволил нам реконструировать в общей сложности шесть различных полимеразных комплексов, которые мы, наконец, смогли отнести к отдельным фазам процесса транскрипции», — говорит Клеменс Гримм, ответственный за структурный анализ в отделе Фишера. «Мы можем соединить отдельные изображения, как в фильме, и таким образом представить раннюю фазу транскрипции с временным разрешением».

Оспа по-прежнему представляет угрозу для человека

Но зачем исследовать поксвирусы, если опасный для человека вирус уже ликвидирован? На это есть веские причины, отвечает профессор Фишер: «До сих пор не существует надежного лекарства от инфекции оспы, ее можно предотвратить только с помощью вакцинации. Если бы сохранившиеся образцы вируса снова были распространены, например, в результате террористической атаки, они поразили бы население, не имеющее иммунизации».

Другая, возможно, более реальная угроза — это зоонозные заболевания, вызываемые переходом вирусов, специфичных для животных, к человеку, объясняет биохимик Утц Фишер. Например, существуют спорадические заражения людей обезьяньей оспой, которые могут серьезно заболеть инфицированных. «Если такое зоонозное заболевание наберет обороты, благодаря дальнейшей адаптации к человеческому хозяину и передаче от человека к человеку, может возникнуть опасная эпидемия», — говорит он.

Использование компьютеров для разработки новых лекарств

Ингибиторы вирусной экспрессии генов были бы очень актуальны в качестве противовирусных препаратов. Понимание атомных структур РНК-полимеразы в ее различных состояниях теперь позволяет исследователям использовать рациональный, основанный на структуре компьютерный подход к разработке таких ингибиторов. Такие исследования, которые принципиально отличаются по методу от классической экспериментальной процедуры, уже активно ведутся.

О вирусах оспы

Люди, родившиеся до 1976 года — по крайней мере, в Германии, — носят на плече видимый шрам от прививки от оспы. До этой даты вакцинация в Германии была обязательной. Эта вакцинация является одним из самых заметных успехов современной защиты от инфекций. Она привела к ликвидации смертоносного возбудителя оспы. Этот возбудитель, научно известный как вирус натуральной оспы (variola virus), был причиной эпидемий оспы, которые периодически опустошали человечество вплоть до XX века и унесли жизни миллионов людей.

Ранние формы своего рода инокуляции были известны с древних времен, когда люди вводили струп зажившего оспенного пузырька в небольшую рану, надеясь таким образом предотвратить тяжелое заболевание. Эта процедура, называемая «вариоляцией», проводилась в XVIII веке в Европе, в том числе в Юлиуспитале в Вюрцбурге. Прорыв в борьбе с оспой был достигнут в 1796 году британским врачом Эдвардом Дженнером, который заменил гораздо более опасный вирус оспы безвредным возбудителем конской или коровьей оспы.

Штамм, использованный Дженнером, вошел в историю медицины под названием вакциния (vaccinia). Он дал свое название современной практике иммунизации, известной как вакцинация. Глобальная кампания вакцинации с использованием штамма вакцинии в конечном итоге привела к заявлению WHO о ликвидации оспы в 1980 году — впервые в истории человечества инфекционное заболевание было побеждено во всем мире.