Вирусы — неживые создания, однако могут размножаться и мутировать. Они находятся везде, где есть жизнь, существуют за ее счет и отличаются большим разнообразием. Ученые из Утрехтского университета обнаружили, что в организме даже здоровых людей существуют объекты, которые могут быть ближайшими родственниками вирусов. Речь идет о везикулах, являющихся своеобразным межклеточным транспортом. «Лента.ру» ознакомилась с результатами исследований, опубликованными в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Внеклеточные везикулы можно сравнить с бутылочной почтой. Это микроскопические пузырьки, которые выпускаются из клеток в биологические жидкости, такие как кровь, слюна, моча, околоплодные воды (амниотическая жидкость) или питательная среда в клеточных культурах. Внутри везикул могут содержаться микроРНК — короткие молекулы РНК, являющиеся своеобразным «письмом» одной клетки другой. МикроРНК не кодируют белки, вместо этого они препятствуют синтезу некоторых из них. Таким образом через пузырьки одна клетка может влиять на то, что происходит внутри другой.
Везикулы являются предметом интереса многих исследовательских групп, поскольку их можно использовать для доставки лекарственных веществ или борьбы с инфекциями. Существует отдельный класс везикул, которые называются ретровирус-подобными частицами. По своему поведению и происхождению они действительно напоминают ретровирусы (Retroviridae) — семейство вирусов, содержащих РНК и умеющих встраивать свой генетический материал в хромосомы зараженной клетки. Самым известным ретровирусом является ВИЧ (вирус иммунодефицита человека).
Некоторые вирусы способны использовать везикулы для собственных нужд. Представьте клетку, которая вместо посылки с микроРНК получает зараженный пузырек. Она не способна распознать, что внутри везикулы находится вирусная ДНК и чужеродные белки, поэтому те беспрепятственно проникают в жертву и используют ее ресурсы для строительства полноценных вирусов. Также они заставляют клетку производить новые зараженные пузырьки и таким образом способствуют распространению вируса по всему организму.
Везикула представляет собой пузырек, окруженный двойным слоем липидной мембраны. Его диаметр составляет 50-100 нанометров — достаточно небольшие размеры для того, чтобы беспрепятственно проходить через межклеточную среду, но при этом вместительные для биологически активных молекул. Везикулы были известны ученым еще во второй половине прошлого века, однако не привлекали особого внимания, поскольку считалось, что пузырьки являются отходами клеток. Лишь недавно стали понятны их важные биологические функции.
Постепенный переход от вирусов к внеклеточным везикулам
Изображение: Department of Biochemistry and Cell Biology, Faculty Veterinary Medicine, Utrecht University
Некоторые везикулы — например, экзосомы — образуются внутри клеток, после чего подходят к их оболочке и выпускаются во внешнюю среду. В отличие от них микровезикулы сразу отпочковываются от внешней (плазматической) мембраны. Поскольку отдельные типы клеточных пузырьков, которые выпускаются во внешнюю среду, могут сильно отличаться друг от друга, некоторые ученые полагают, что общий термин неудобен и может приводить к путанице. Кроме того, исследователи из Утрехтского университета полагают, что некоторые везикулы подпадают под определение вирусов.
Современная вирусология несколько отошла от изначального определения вируса. Если раньше под последним понимался инфекционный агент микроскопических размеров, который может размножаться только внутри живых клеток, то сейчас наука использует понятия «неинфекционный вирус» и «дефектный вирус». Например, есть вирусы-мутанты, которые не могут самостоятельно заражать клетку, поэтому используют полностью работоспособный вирус в качестве помощника для своего размножения. При этом дефектная инфекция конкурирует с полноценной, препятствуя ее распространению, поэтому подобные агенты могут использоваться в качестве терапии определенных вирусных инфекций. Было показано, что применение мутантов позволяет уменьшить патогенность гриппа А у зараженных мышей, делая его не смертельным.
Сходство в образовании вирусов и внеклеточных везикул
Изображение: Department of Biochemistry and Cell Biology, Faculty Veterinary Medicine, Utrecht University
По словам биохимиков, внеклеточные везикулы, образующиеся при заражении клеток ретровирусами и несущие в себе фрагменты их генома, могут считаться неинфекционными вирусами. Ученые приводят несколько аргументов, поддерживающих эту точку зрения. Во-первых, размер пузырьков (меньше 300 нанометров) сравним с размерами типичных РНК-содержащих вирусов. Во-вторых, образующая их мембрана напоминает липидную оболочку вирусов, в которую погружены различные белки. В-третьих, как и многие вирусы, везикулы формируются внутри клетки или при выпячивании плазматической мембраны. Они таким же образом связываются с поверхностью других клеток, а их содержимое проникает внутрь через слияние с клеточной оболочкой. Наконец, «груз» и в том, и в другом случае является генетическим материалом, который влияет на функции принимающей клетки.
Ученые особо подчеркивают тот факт, что внеклеточные везикулы в больших количествах образуются в клетке, которая заражена ретровирусами. В этом случае они содержат вирусные гены и практически ничем не отличаются от неинфекционных дефектных вирусов. Можно также рассматривать пузырьки в качестве оболочки, которая окутывает вирусы, изначально лишенные окружающей мембраны, — например, вирус гепатита А. В любом случае, уверены биохимики, граница между везикулами и вирусными агентами становится довольно размытой.
Участие внеклеточных везикул в распространении вируса и борьбе против инфекции
Изображение: Department of Biochemistry and Cell Biology, Faculty Veterinary Medicine, Utrecht University
Исследователи также полагают, что нельзя выделить чистую культуру вирусов, поскольку она всегда будет загрязнена различными внеклеточными везикулами, которые либо очень похожи на дефектные инфекционные частицы, либо вовсе неотличимы от них. Из-за того, что они могут образовываться по одним и тем же причинам, пузырьки и вирусы могут считаться частичными «родственниками». Поэтому понимание структуры везикул, образующихся в зараженных клетках, а также их роли в распространении полноценных вирусов необходимо для разработки новых средств лечения. Например, везикулы с вирусными белками могут служить в качестве приманки для антител, отвлекая их от самого вируса. Устранение этих пузырьков может усилить противовирусную реакцию иммунитета.
Кроме того, включение в мембрану везикул вирусных белков, специфичных к определенным мишеням, позволит разработать систему, транспортирующую препараты в нужные клетки. Это особенно важно, поскольку адресная доставка лекарств является одной из наиболее важных и до конца не решенных проблем фармакологии.