Теперь ученые обнаружили, что ключевое сходство между нашими генами и генами многих вирусов — способ описания генетического кода — вероятно, позволило вирусам уклоняться от нашей клеточной защиты. Пол Бениас, профессор Рокфеллера и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза, который руководил этой работой, говорит, что она началась как попытка понять, как вирусный геном влияет на инфекционную активность ВИЧ, вируса, вызывающего СПИД.Как сообщает Nature, недавние результаты его лаборатории позволяют лучше понять наши клеточные защитные механизмы и предложить новые пути для разработки вакцин.
Как ни странно, все сводится к орфографии.В английском языке есть несколько слов, написание которых может варьироваться без изменения их значения: например, цвет и цвет или путешественник и путешественник. Наш геном ничем не отличается: существует множество различных способов написания молекулярного кода, из которого состоят наши гены, без изменения белков, производимых этими генами. Но Бениас и его коллеги обнаружили, что для ВИЧ и других вирусов определенное написание или определенные варианты в генетическом коде имеют решающее значение для репликации вируса и заражения.
Две соседние буквы, потерянные в эволюцииВсе геномы представляют собой цепочки небольших молекул, известных как основания, которые представлены такими буквами, как C, G и A. Выложите эти буквы в определенном порядке, и они составят слово или ген, который производит определенный белок.
Стремясь идентифицировать части генома ВИЧ, которые делают возможной инфекцию, исследователи создали мутантные версии вируса. Но вместо того, чтобы изменять белки, прописанные в его генетических буквах, они ввели альтернативные варианты написания генов, сохранив неизменными белки.Исследовательская группа обнаружила, что некоторые из этих вирусных мутантов не могут расти и размножаться. «Интуитивно это неожиданно, потому что все белки — рабочие лошадки вируса — абсолютно одинаковы», — объясняет Биениас.
Однако дефектные мутантные вирусы имели одну общую черту: все они содержали несколько экземпляров определенной двухбуквенной последовательности: CG.Эта двухбуквенная последовательность не кажется невероятно маловероятной.
В генетическом коде всего четыре буквы, поэтому вероятность найти любые две буквы вместе высока — 1 из 16, если быть точным. И все же по странному совпадению эволюции последовательность CG в ДНК человека встречается редко. Расположенная рядом буква C может быть изменена в результате химической реакции, которая в конечном итоге приведет к ее замене другой буквой.«Из-за этой эволюционной потери в геноме человека сейчас примерно на 80 процентов меньше последовательностей CG, чем мы могли бы случайно ожидать», — объяснил аспирант Мэтью А. Таката, ведущий автор новой статьи.
Прицел на иммунную системуНе только мы, люди, испытываем недостаток последовательностей CG: нормальный ВИЧ и многие другие вирусы тоже лишены их, но по разным причинам. «Многие вирусные геномы не могут пройти через тот же процесс химической модификации, что и геномы позвоночных, подобные нашему, — сказал Биениас. «Это заставило нас спросить: как и почему ВИЧ и другие вирусы потеряли свои последовательности CG?»Исследователи предположили, что может существовать система клеточного наблюдения для выявления и уничтожения последовательностей CG, тем самым предотвращая вирусную инфекцию. Биениас, Таката и группа исследователей использовали новую технологию редактирования генов для поиска белков, которые могли бы служить таким защитным механизмом.
Они обнаружили, что в клетках человека противовирусный белок ZAP (Zinc-finger Antiviral Protein) может распознавать молекулы, которые имеют много последовательностей CG. ZAP связывается с последовательностями, идентифицируя их как метку иностранного захватчика. Затем эти вирусные геномы уничтожаются.
Результаты позволяют понять, что заставило ВИЧ и другие вирусы потерять свои последовательности CG с течением времени. Эти вирусы, вероятно, адаптировались к защитным механизмам млекопитающих, эволюционируя, чтобы удалить последовательности CG и избежать наблюдения со стороны ZAP.Хотя многие вирусы животных, такие как ВИЧ, содержат мало последовательностей CG и, следовательно, не уничтожаются ZAP, исследователи предполагают, что этот белок по-прежнему защищает нас от других патогенов. «Его активность позволяет клеткам распознавать чужеродных захватчиков как« чужих », — говорит Биениас, — и может обеспечивать защиту от вирусов других видов, таких как кусающие насекомые, чьи геномы все еще имеют большое количество последовательностей CG».
На практике это открытие может быть полезно при разработке ослабленных или аттенуированных вирусов, которые часто используются для изготовления вакцин. Путем генетической инженерии вируса, содержащего увеличенное количество последовательностей CG, исследователи потенциально могли бы предложить версию, которая побудила бы иммунную систему людей вырабатывать иммунитет против патогена, не вызывая при этом болезней.
«Перекодирование вируса множеством дополнительных последовательностей CG, — говорит Таката, — вероятно, будет эффективным, регулируемым и в значительной степени необратимым способом его ослабления, что сделает разработку вакцины более быстрой и безопасной».