Как вирусы проникают в клетки? Их тактика заражения определяет возможность межвидового перехода и пандемии

Вирусы не могут размножаться самостоятельно, поэтому они должны заражать клетки организма, чтобы создавать свои копии. Их жизненный цикл можно описать как «проникнуть в клетку, создать больше вирусов, выйти, повторить».

Проникновение в клетку (вирусный энтри) — это этап, на который нацелено большинство вакцин, а также ключевой барьер для перехода вирусов от одного вида к другому.

Как вирусы проникают в клетки

Вирусы попадают в организм разными путями: через воздушно-капельные частицы, с пищей, при контакте со слизистыми оболочками или через инъекции. Обычно они сначала заражают клетки-хозяева в точке входа (например, клетки дыхательных путей для большинства воздушно-капельных вирусов), а затем либо остаются там, либо распространяются по телу.

Вирусы распознают специфические белки или сахара на клетках-хозяевах и прикрепляются к ним. У вируса есть только одна попытка доставить свой геном внутрь клетки — если механизм проникновения сработает неправильно, вирус рискует инактивироваться. Поэтому вирусы используют несколько механизмов, чтобы не запустить этот процесс преждевременно.

После связывания вируса с клеткой специфические молекулы на поверхности клетки или внутри её рециркулирующих механизмов активируют вирусные белки оболочки для проникновения.

Пример — спайк-белок SARS-CoV-2, на который нацелены вакцины от COVID-19. Эти белки должны модифицировать клеточную мембрану, чтобы позволить вирусному геному пройти, не убивая при этом клетку. Разные вирусы используют для этого разные трюки, но большинство работают как клеточная секреция (процесс высвобождения клеткой материалов в окружающую среду) — только наоборот. Специализированные вирусные белки помогают слиться мембранам вируса и клетки и высвободить вирусное ядро внутрь клетки.

На этом этапе вирусный геном может войти в клетку и начать репликацию. Некоторые вирусы используют только клеточные механизмы для репликации, другие несут с собой часть собственного репликационного аппарата и заимствуют некоторые компоненты у клетки.

Иммунная защита от вирусов

Организм имеет многоуровневую систему защиты от вирусных угроз. Но часть иммунной системы, называемая антительным ответом, считается наиболее эффективной для стерилизующего иммунитета — предотвращения заражения с самого начала, а не просто ограничения его масштаба и тяжести.

Для многих вирусов антитела нацелены на часть вируса, которая связывается с клетками. Это характерно не только для современных вакцин против COVID-19, но и для большинства иммунитета против гриппа, будь то от вакцин или от перенесённой инфекции.

Однако некоторые антитела нацелены на сам механизм проникновения: вместо того чтобы предотвращать прилипание вируса, они не дают вирусу работать вообще. Таким антителам вирусам часто труднее противостоять, но их сложно воспроизвести с помощью вакцин. Поэтому разработка антител, ингибирующих проникновение в клетку, стала целью многих усилий по созданию вакцин следующего поколения.

Межвидовой переход и пандемии

Другой ключевой вопрос, который изучают исследователи, — как определить, когда вирус от другого вида представляет угрозу для людей. Это особенно важно, поскольку многие вирусы сначала идентифицируют у животных (например, летучих мышей, птиц и свиней), прежде чем они распространяются на людей, но неясно, какие из них могут вызвать пандемию.

Часть вирусов, которая прилипает к человеческим клеткам, наиболее сильно варьируется у разных видов, в то время как часть, которая обеспечивает проникновение вируса в клетки, как правило, остаётся в основном неизменной. Многие исследователи полагали, что изменения вирусов, улучшающие их связывание с человеческими клетками (как у вирусов гриппа, связывающихся с клетками носа и горла), являются одними из наиболее важных предупреждающих признаков риска пандемии.

Однако коронавирусы — семейство вирусов, включающее SARS-CoV-2, — заставляют пересмотреть эту идею. Это связано с тем, что несколько животных коронавирусов действительно могут связываться с человеческими клетками, но лишь некоторые из них, по-видимому, способны эффективно передаваться между людьми.

Только время покажет, нужно ли исследователям расширять горизонты профилактики пандемий или их текущий приоритет рисковых вирусов верен. Суровая реальность исследований пандемий, как и исследований землетрясений, заключается в том, что всегда будет следующая — мы просто не знаем, когда и где, и хотим быть готовы.