Борьба вирусов и иммунной системы

Борьба вирусов и иммунной системы

В генах приматов оказалось возможным как в книге прочитать историю «гонки вооружений» между вирусами и иммунной системой. Антивирусная защита и вирусные белки, её обманывавшие, развивались след в след. Но гонка, в которой звери пока выходят победителями, продолжается.

Гонка вооружений - атрибут не только человеческой цивилизации. Противоборство вирусных агентов и иммунной системы живого организма - пример куда более изобретательного, куда более древнего и бесконечного в своей сути конфликта. Некоторые исторические детали борьбы иммунной системы с поксвирусами теперь известны ученым благодаря двум научным работам, принятым к публикации в Nature и Nature Structural and Molecular Biology, пишет sunhome.ru У здорового организма имеется специальный механизм борьбы с вирусами, основанный на белке протеинкиназа R, ПКP (protein kinase R, PKR). При появлении в клетке двойной спирали вирусной РНК этот важный компонент иммунной системы связывается с другим белком - фактором eIF2a, который в нормальном состоянии используется, чтобы начать синтез белков. Однако в связанном с ПКР состоянии eIF2a выполнять свою функцию оказывается неспособен. В результате трансляция всех белков останавливается, а с ней прекращается и синтез новых вирусов. Вирусы, в свою очередь, уже не один миллион лет пытаются обманом взять верх над иммунной защитой протеинкиназы Р, синтезируя в теле пораженной клетки «подделки» под eIF2a - белки KL3.

Американец Гармит Малик, сотрудник Центра по исследованию рака имени Фреда Хатчинсона в Сиэтле, и его коллеги предположили, что эволюционное развитие этой киназы и вирусных «подделок» идёт параллельно.

А значит, в этом противостоянии можно попытаться отследить этапы эскалации белковых войн, когда киназа эволюционировала быстрее, и этапы относительных затиший, сопровождавшихся медленными изменениями.

Однако прежде чем восстанавливать историю этой гонки, сотрудникам группы Малика было необходимо продемонстрировать, что в прошлом протеинкиназа Р и впрямь была подвержена эволюционным превращениям, связанным с положительным естественным отбором. В ходе такого отбора в популяции появляется большое количество особей с новыми преимуществами, делающими вид в целом устойчивее перед угрозами окружающей среды, в том числе и вирусными.

Ученые расшифровали гены протеинкиназы Р у 20 различных видов приматов, разделение эволюционных ветвей которых охватило временной интервал в 30 миллионов лет. Чтобы отделить изменения в результате случайных мутаций от тех, что были подвержены естественному отбору, учёные сравнили темпы двух видов замен нуклеотидов - синонимичных и несинонимичных.

Оценивая соотношение двух видов мутаций гена ПКР у разных видов, ученые смогли установить, что положительный естественный отбор в эволюции этого белка более чем присутствовал.

Особенно четко эта эволюция проявилась у мартышковых, у которых код ПКР претерпел 22 несинонимические замены без единого синонимичного замещения!

При этом сравнение генетических линий приматов показало, что изменения эти носили эпизодический характер. В ходе эволюции неоднократно происходили замены аминокислот, принимающих участие в связывании киназы и вирусного белка K3L. По мнению авторов работы, это напрямую указывает на периодическое ускорение процесса эволюции иммунной системы в ответ на агрессию эволюционировавшего вируса.

В своей публикации ученые отметили, что положительный естественный отбор был обнаружен во всех трех доменах ПКР - фрагменте, отвечающем за связь с двойной спиралью РНК, спейсерном регионе и киназном регионе. Все они соответствуют механизмам связывания вирусных агентов с этими частями биологической молекулы. При этом наиболее стремительно эволюция протеинкиназы Р происходит в киназном домене, где происходит непосредственный контакт с eIF2a. Вероятно, эволюция здесь происходит под давлением со стороны вирусных подделок под фактор трансляции.

Аналогичным образом ученые обнаружили признаки положительно естественного отбора и в структуре вирусной «подделки», белка K3L.

Например, в сравнении с белком K3L вируса натуральной оспы и с таким же белком вируса коровьей оспы ученые обнаружили в почти втрое больше несинонимичных мутаций по сравнению с синонимичными. Это говорит о том, что поксвирусные «подделки» под eIF2a не достигали в прошлом оптимальной конфигурации или эти конфигурации оставались оптимальными для поражения здоровых клеток совсем недолго. Вероятно, эволюция белка K3L происходит вслед за изменением протеинкиназы Р.

Впрочем, у Стефана Ротенбурга из лаборатории генной регуляции и развития при Институте детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди-Шрайвер в Мериленде другое мнение. В работе, принятой к публикации в Nature Structural & Molecular Biology, он вместе с коллегами показал признаки эволюции протеинкиназы Р позвоночных под натиском поксвирусов. Команде Ротенбурга удалось продемонстрировать, что замена единственной аминокислоты в ПКР мышей аминокислотой, находящейся в этой же позиции в человеческой киназе, делает грызунов более устойчивыми к действию белка K3L. Эта мутация показывает, как киназа, сохранив свою функциональность, оказалась невосприимчива к действию вирусного агента.

Сам же фактор трансляции приматов, белок eIF2a, по сути, не изменился на уровне своей первичной структуры - аминокислотного состава. Иными словами, протеинкиназа Р эволюционирует, оставаясь восприимчивой к своему субстрату, но не связываясь с вирусными подделками вроде K3L.

Если учесть, что вирусы эволюционируют куда быстрее приматов, то легко оценить ошеломляющую по силе эволюционную нагрузку, ложащуюся на популяции зверей. Тем не менее со своими задачами ПКР пока справляется.

Источник: lifeukr.net

Похожие новости:
Ученые впервые сняли на видео смерть лейкоцита
Австралийские ученые впервые записали на видео все этапы смерти лейкоцита (белой кровяной клетки) человека. Только благодаря видеосъемке биологи выяснили, что умирающие клетки пытаются послать сигнал бедствия своим коллегам по иммунной системе. Ученые рассказали об открытии ..
2015-06-17 1788 0 Разное, интересное
0
Первое испытание генной модификации на людях
Группа исследователей из Сычуанского университета объявила, что готова применить генномодифицирующую технику CRISPR на людях в первый раз за всю историю человечества.Китайцы уже не в первый раз опережают остальной мир с экспериментами по изменению генома человека. До этого они изменяли гены эмбрионов, но в этот раз пациентами будут взрослые ..
2016-07-24 1579 0 Разное, интересное
1
Круто ты попал в ДНК
Ученые открыли яркий случай иронии эволюции: фрагменты генетического материала вирусов, закрепившиеся в ДНК человека, со временем превратились в ключевые элементы иммунной системы, которая как раз и борется с опасными микроорганизмами, в том числе с вирусами. В приключениях вирусной ДНК в геноме человека разбиралась «Лента.ру». Некоторые ..
2016-03-06 1847 0 Разное, интересное
-1
Ученые сняли на видео атаку Т-киллеров на раковые клетки
Американские и британские ученые представили видео, показывающее, как «киллеры» иммунной системы выслеживают и уничтожают раковые клетки. Исследование на эту тему опубликовано в журнале Immunity. Т-киллеры, или цитотоксические Т-лимфоциты — это белые кровяные тельца, специализирующиеся на поражении вирусов и опухолевых клеток. В одной чайной ..
2015-05-24 1565 0 Разное, интересное
0
В США займутся созданием особых смертоносных вирусов
Правительство США сняло мораторий на финансирование исследований по усилению функций вирусов, в результате которых могут быть разработаны более смертоносные штаммы известных инфекционных агентов. Об этом сообщает издание Science Alert.По словам главы Национальных институтов здравоохранения (NIH) ..
2017-12-21 7304 0 Разное, интересное
0
Доказано существование инопланетных вирусов
Астробиологи из США и Японии признали, что вирусы должны существовать на других планетах Солнечной системы и экзопланетах, пишет Gizmodo. Статья исследователей опубликована в журнале Astrobiology.Как отметили ученые, на Земле вирионы — состоящие из нуклеиновой кислоты и белков вирусные частицы — легко могут ..
2018-01-23 6248 0 Разное, интересное
-1
Химерные вирусы перемешали ДНК и РНК
Ученые обнаружили в горячих источниках геном микроорганизма, в котором содержались как гены ДНК- так и РНК-содержащих вирусов. Работа опубликована в журнале Biology Direct. Исследователи собирали образцы в горячих источниках в национальном парке Лассен-Волканик в США. Они определяли последовательность всей ДНК, содержащейся ..
2012-06-9 1983 0 Разное, интересное
0
Российские ученые «оживили» гигантский вирус из плейстоцена
Российско-французская группа ученых обнаружила гигантский вирус, который оказался способен заражать своих хозяев, амеб, спустя 30 тысяч лет покоя в вечной мерзлоте. Исследование вируса, получившего название Pithovirus sibericum, опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ..
2014-03-05 1791 0 Разное, интересное
-1
Гигантские вирусы назвали четвертой ветвью жизни
Ученые из Марселя обнаружили у гигантских вирусов геномные кассеты CRISPR, связанные с защитной функцией и наблюдаемые ранее у прокариот. Это, по мнению специалистов, позволяет отнести вирусы с CRISPR к промежуточным формам жизни (между бактериями и вирусами). Исследование опубликовано в журнале ..
2016-03-01 1536 0 Разное, интересное
0
Обнаружена связь между мозгом и иммунной системой
Когда древние египтяне подготавливали мумию, они выскребали мозг через ноздри и выбрасывали его. В то время как другие органы сохранялись и оказывались в могиле, головной мозг рассматривался как нечто отдельное от остального тела и как нечто ненужное для жизни после смерти. В конечном ..
2015-07-28 6209 0 Разное, интересное
2
Ученые будут изучать озеро Восток
Одним из главных грядущих научных событий, наравне с запуском Большого адронного коллайдера, станет бурение антарктических льдов, которое позволит ученым добраться до сокрытого миллионы лет озера Восток. Озеро Восток расположено на шельфе Антарктиды под ледяным панцирем толщиной ..
2012-09-17 1924 0 Разное, интересное
0
Почему мужской иммунитет хуже женского
Известно, что мужчины — даром что «сильный пол» — более беззащитны перед бактериальными, вирусными, грибковыми и паразитическими инфекциями, нежели женщины. Известно также, что иммунная система мужчин слабее реагирует на вакцины против гриппа, кори, жёлтой лихорадки ..
2013-12-25 1848 0 Разное, интересное
0
Причину ухудшения памяти нашли в кишечнике
Согласно результатам исследования биологов из Центра молекулярной медицины, длительный курс антибиотиков, который уничтожает кишечные бактерии, замедляет рождение новых клеток мозга и приводит к нарушению памяти. Это свидетельствует о взаимосвязи между микрофлорой пищеварительной системы и головного мозга. ..
2016-05-23 1880 0 Разное, интересное
1
Пересаживающий головы хирург пообещал бессмертие
Итальянский нейрохирург Серджо Канаверо (Sergio Canavero), известный своими планами по пересадке головы живому человеку, собирается обеспечить людей бессмертием. Об этом ученый заявил в интервью ТАСС.По словам Канаверо, он запускает новый этап своего проекта — BRAVE ..
2017-11-23 5221 0 Разное, интересное
0
Первое лекарство для жертв ядерных взрывов одобрили в США
Препарат, долгое время применявшийся для снятия побочных эффектов химиотерапии, в США разрешили использовать для ликвидации последствий радиоактивного облучения во время ядерных катастроф. Об этом сообщает издание Gizmag. Нейпоген (торговая марка филграстима) — это синтетический белок, который стимулирует рост белых ..
2015-05-26 1412 0 Разное, интересное
0