Нещодавно в естонському Тарту завершився 11 Міжнародний конгрес з систематики та екології міксоміцетів. Хоча цього року подія відбувалася в Естонії, майже увесь оргкомітет складався з українців. Президентом конгресу була випускниця, колишня аспірантка та співробітниця нашої кафедри, а нині — провідний світовий фахівець з роду Arcyria Ірина Яцюк.
Хоча конгрес відбувається в Естонії, майже усі члени оргкомітету — українці.
Президент конгресу Ірина Яцюк відкриває засідання.
Логотип конгресу — малюнок іншого вихідця з Каразінського університету та колишнього викладача нашої кафедри, а нині завідувача кафедри ботаніки Харківського національного педагогічного університету та одного з провідних міксоміцетологів світу Дмитра Леонтьєва, в якому елементи капіліцію міксоміцетів Hemitrichia decipiens і Arcyria denudata з’єднані у розетку, що нагадує сніжинку (символ півночі), волошку (символ Естонії) та корабельні мотиви (натяк на Балтику).
Сподіваємося, наступний Конгрес відбудеться у вільній та мирній Україні!
Протягом 6 місяців (з 19 вересня 2022 р. по 19 березня 2023 р.) викладач кафедри мікології та фітоімунології Олександра Клинова проходила стажування на базі Політехнічного інституту при Університеті штату Вірджинія (США). Тема стажування: «Біологія, екологія та еволюція інфекційних хвороб рептилій». За період перебування в США Олександра набула практичний досвід роботи з культурами патогенних мікроорганізмів у лабораторії другого рівня біобезпеки, а також проведення сучасних молекулярно-генетичних досліджень. Було опрацьовано колекції змій Національного музею природознавства Смітсонівського інституту (Вашингтон). Крім того, викладач мала можливість перейняти американський досвід організації навчального процесу завдяки відвідуванню занять для студентів магістратури з курсу «Quantitative methods in ecology and evolution».
Банк навчальних матеріалів безперервно оновлюється, – це неодмінна частина роботи викладачів кафедри. На нашому сайті є розділ Презентації до занять, де ви можете ознайомитися з мультимедійними слайдами для частини курсів. Проте ми, на жаль, не можемо оновлювати його дуже часто. В новому році (з настанням якого, до речі, ми вас, наші дорогі читачі, вітаємо!) ми докладемо всіх зусиль аби актуалізувати банк презентацій. І прекрасним початком буде свіжа презентація Олександра Акулова, присвячена захворюванням винограду грибної природи. Підписуйтеся на оновлення, аби не пропустити нові презентації!
З глибоким сумом сповіщаємо, що перервалося життя викладачки нашої кафедри, секретаря кафедри, унікального фахівця у водних грибах Ольги Павлівни Неділько. Для нас це втрата, яку важко виміряти. Ольга Павлівна не лише була членом колективу, а, без перебільшення, “душею” нашої кафедри: надзвичайно чуйною, проникливою, уважною людиною. Вона назавжди залишиться у наших серцях.
В журналі “Fungal Ecology” вийшла наша стаття про Pleurotus calyptratus – гливу зачохлену, гриб, що вважається надзвичайно рідкісним на Заході й Півночі Європи, втім є поширеним в Україні та демонструє екологічні особливості, невластиві іншим шапинковим грибам (або навпаки, властиві багатьом, тільки ми ще цього не збагнули?). Колектив авторів очолює доцент кафедри Олег Прилуцький; також у його складі випускники та колишні співробітники нашої кафедри Ірина Яцюк та Антон Савченко. Пряма мова Олега Прилуцького:
“Для мене це, без перебільшення, життєвий етап. Шість років польових дослідів, перший досвід планування та керування колективним дослідженням, перший отриманий грант на дослідження, перша поїздка до західного університету, перший досвід (не одразу вдалий) роботи з матеріалами для молекулярного аналізу, півтора року аналізу, інтерпретації, роботи над текстом, три відхилення рукопису навіть без рецензування (від набагато нижчих за рейтингом та менш поважних журналів, ніж FunEco!), три тури рецензування у найкращому журналі з екології грибів.”
Prylutskyi
O., Yatsiuk I.,
Savchenko A., Kit M., Solodiankin O., Schigel D. 2021. Strict
substrate requirements alongside rapid substrate turnover may
indicate an early colonization: A case study of Pleurotus
calyptratus (Agaricales,
Basidiomycota). Fungal
Ecology. Article in
press https://doi.org/10.1016/j.funeco.2021.101098
В одному з найбільш авторитетних мікологічних журналів – Studies in Mycology (Імпакт-фактор 16) – вийшла без перебільшення епохальна стаття, підготована величезною міжнародною командою, – ревізія роду Fusarium та фузарій-подібних грибів, одним зі співавторів якої є доцент кафедри Олександр Акулов. Попри велике господарське значення, фузарії досі залишаються однією з найбільш складних і малодосліджених груп грибів. У цій статті було описано чимало нових для науки видів, зокрема Stylonectria hetmanica – стілонектрія гетьманська, названа на честь Гетьманщини – визначного періоду історії України. Це особливий подарунок Олександра з нагоди 30-річчя Незалежності України.
Днями вийшла друком монументальна збірка “Моніторинг та охорона біорізноманіття в Україні”, у 3-му томі якої назбирався досить потужний пул статей, присвячених концептуальним питанням збереження та відтворення біорізноманіття. Викладач кафедри Олег Прилуцький також став одним із авторів збірки. Чому відкриті дані з біорізноманіття – це добре, що заважає таким даним стати дієвим рушієм у процесі ухвалення рішень в Україні, і що тут можна вдіяти – у повному тексті статті Олега Прилуцького.
Днями у журналі Polymer Testing (імпакт-фактор 2,94) вийшла друком нова стаття “The influence of different factors on exploitation properties of nonlinear optical polymeric materials based on an epoxy matrix doped with flavonoids” за авторства групи дослідників, серед яких і викладач нашої кафедри Ольга Неділько. Вітаємо Ольгу Павлівну зуспішним завершенням цього тривалого дослідження!
Продовження фахових розповідей про збудник COVID-19 (а також його родичів та друзів) від автора університетського підручника “Вірусологія”, доцента нашої кафедри Сергія Шамрая (доступний за посиланням). Читайте також першу, другу та третю частини на нашому сайті, якщо Ви досі цього не зробили.
Ось і наступний (і можливо останній) есей про SARS-CoV-2 і хворобу з дивною назвою COVID-19. До цього есея мене спонукало відео на ютубі, яке мені надіслали.
З нього я зокрема з подивом дізнався, що на початку 20-го сторіччя була епідемія ВІРУСНОГО захворювання – черевного тифу, проти якого робили ПРОФІЛАКТИЧНІ ЩЕПЛЕННЯ! Ну, з відео я ще багато чого цікавого дізнався, хоча додивитися до кінця не зміг. Крім цього відео, є багато дописів, автори яких маніпулюють статистичними даними і доводять, що нема насправді смертей від цієї хвороби. Або навіть і сам новий коронавірус є вигадкою, або що вірус передається через 5G, і взагалі все це розробка чи то жидо-масонів, чи то ілюмінатів, чи то Всесвітнього уряду на чолі з Соросом, чи то їх усіх разом. А може, насправді це їхня вигадка, щоб зруйнувати економіку і все забрати собі.
Сперечатися з цим усім – марна праця. Якщо людина у це ВІРИТЬ – як можна переконати, що її віра марна? При цьому, чим більша дурня, у яку вірить людина, тим міцніша її віра. Тому я не збираюся дискутувати щодо окремих пунктів таких дописів.
Перше, що хочу сказати. SARS-CoV-2 дійсно існує, як і інші шість бетакоронавірусів, які інфікують людей. Він виник внаслідок мутацій і рекомбінацій у вірусу кажанів, на які впливав природній добір, це беззаперечно. Дуже гарний пост на цю тему зробив пан Олександр Зіненко.
Друге, чи дійсно від цього вірусу помирає так багато людей? Мені тут важко щось сказати, але якщо вважати, що летальність від нього не вище, ніж від сезонного грипу, то виглядає так, що наприклад у Італії і Іспанії придурювались, що в них бракує місця в моргах. У минулому році теж льодовий палац у Мадриді використовували як тимчасовий морг? Трамп також не вірив у коронавірус, але був вимушений ввести карантинні заходи. У Нью-Йорку і минулого року також померлих ховали у братських могилах? Але це звісно не вірус Ебола і навіть не атипова пневмонія. Тому я б сказав так: не треба панікувати, але не треба і легковажити. І деякі обмежувальні заходи, хоча і набридлі, але є необхідними на деякий час.
Трете, вакцина від SARS-CoV-2. Зрозуміло, що найкраще було б зробити вакцину (і отримати мільйон зелених від нашого, перепрошую, президента). Але досі невідомо, чи формується стійкий набутий імунітет до нього. Є погана новина – у Японії і Південній Кореї фіксували випадки повторного зараження SARS-CoV-2 у людей, які одужали після першого зараження. Але поки що панікувати не слід. У людей завжди трапляються випадки, коли після вакцинації (як і після перенесеної хвороби) не встановлюється достатній рівень набутого імунітету. Інша можливість – у цих людей вірус десь сховався у організмі від імунної система, а потім чомусь реактивувався (але спеціалісти визнають, що не розуміють, де він міг ховатися і як реактивувався). Дійсно погана новина буде, якщо антигени SARS-CoV-2 можуть достатньо швидко мутувати без зниження інфективності і вірулентності (як наприклад у вірусу грипу). І взагалі, що зараз можу сказати я стосовно набутого імунітету, якщо виконавчий директор ВООЗ Майк Раян нещодавно заявив: «Що стосується видужання, а потім (можливого) нового зараження, я гадаю, що ми не маємо відповіді на це запитання». Лякає тільки, що російськи спеціалісти пригрозили влітку розпочати випробування вакцини проти SARS-CoV-2. Враховуючи їхню кваліфікацію, після початку випробування можна очікувати нового спалаху хвороби. Але, можливо, вони не будуть використовувати у вакцині послаблені або вбити вірусні частки. А з білками-антигенами хай експериментують.
Четверте, ліки від COVID-19. Якщо вакцинація, тобто активна імунізація проти SARS-CoV-2 поки що є віддаленою перспективою, то пасивна імунізація, тобто введення плазми крові осіб, які одужали від COVID-19 (так званої реконвалесцентної плазми), видається перспективним. Ця плазма крові містить специфічні до вірусних часток антитіла, і введення 200 мл плазми на тлі підтримуючої терапії не викликало негативних наслідків і покращило стан хворих. Принаймні, так пише Панас (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS), якому я довіряю. Хоча автори цієї статті усі китайці.
Що стосується противірусних препаратів, згадуються і ліки проти малярії, і препарати-інгібітори протеаз (пам’ятаєте, розрізання протеазами білка S критично важливе для потрапляння вірусної частки в клітину) і багато інших. Але все це на стадії випробування. І навіть якщо були б вже препарати з доведеною ефективністю для лікування COVID-19, у мене є принцип – не давати нікому ніяких рекомендацій щодо лікування вірусних інфекцій. Я не лікар, не давав ніякої клятви Гіппократа і якщо експериментую зі здоров’ям, то із своїм власним. Цю стару мавпу вже нікому не жаль, навіть мені самому.
Згадаю тільки два класи противірусних препаратів, цікавих з точки зору загальної вірусології. Перший клас – це аналоги нуклеозидів, які у інтернеті чомусь часто звуть аналогами нуклеотидів. Але нуклеозид перетвориться на нуклеотид тільки після фосфорилювання. Сенс використання таких препаратів полягає в тому, що аналог нуклеозиду перетворюється на аналог нуклеотиду тільки чи переважно в тих клітинах, де є вірус. Тут він і блокує синтез нуклеїнових кислот, вставляючись у ланцюг нуклеїнової кислоти, що синтезується, замість звичайного нуклеотиду.
Подальшій синтез нуклеїнового ланцюга зупиняється. Деякі з таких препаратів є на диво безпечними і не мають негативних ефектів на здоров’я. Низка аналогів нуклеозидів використовують проти РНК-геномних вірусів, вони блокують синтез РНК РНК-залежною РНК полімеразою. Але цей клятий SARS-CoV-2 певним чином є винятком. Для того, щоб зрозуміти, у чому полягає виняток, зробимо маленькій ліричний відступ. Реплікація ДНК виконується ДНК-залежною ДНК-полімеразою, яка має здатність виправляти невірно спаровані (некомплементарні) основи. Ще кажуть, що ДНК-залежна ДНК полімераза здатна до пруфридінгу (proofreading). А от РНК-залежна РНК полімераза у загальному випадку до цього не здатна, і саме тому віруси з РНК-геномами мутують і еволюціонують набагато швидше, аніж віруси з ДНК-геномами. Але у коронавірусів є клятий білок 3′-5′-екзорібонуклеаза (ExoN), який здійснює виправлення помилок спаровування основ і зокрема видаляє аналоги нуклеотидів. Вірогідно, завдяки саме цьому білку коронавіруси і мають найбільші РНК-геноми серед вірусів. Показано, що саме цей білок SARS-CoV-2 видаляє аналоги нуклеотидів, які утворилися з аналогів нулеозидів, що робить їх неефективними. Тільки один аналог нуклеозидів, ремдесивір (remdesivir), відомий також як GS-5734, виявив активність проти SARS-CoV-2. Цей препарат є аналогом аденозину. Таким чином, потенційно ремдесивір, який спочатку був розроблений зокрема для боротьби з вірусом Ебола, може бути перспективними ліками і для COVID-19. Кому цікаво ознайомитися з статтею на цю тему, ось вона.
Другий клас противірусних препаратів, про який я хочу згадати, це чудернацькі агенти, які діють на молекулярному рівні, і я не зовсім впевнений, що їх реально будуть використовувати, принаймні скоро.
Перший з них – це противірусна система CRISPR бактерій і архей (від Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Треба зазначити, що ця система, як зараз стало відомим, є не тільки противірусною, але й приймає участь у регуляції експресії власних генів бактерії. CRISPR-касети виявлені в геномах багатьох бактерій і більшості архей. Повтори мають довжину від 24 до 48 пар нуклеотидів; вони мають бівалентну симетрію, але, як правило, не є істинними паліндромами. Повтори розділені варіабельними ділянками ДНК, спейсерами, приблизно однакової довжини. Спейсери відповідають по нуклеотидній послідовності певним фрагментам ДНК чужорідних генетичних елементів (протоспейсерам). У зв’язку з цим було запропоновано і потім показано, що послідовності, що розділяють повтори, походять від послідовностей геномів бактеріофагів і, відповідно, забезпечують захист клітин від інфекцій. Вище CRISPR-касет (upstream) розташована так звана лідерна послідовність, перед якою знаходяться гени білків Cas. Ці білкі мають нуклеазну активність. Фактично CRISPR є прокаріотичним аналогом системи інтерференції РНК (сайленсинга РНК) у еукаріот. Якщо спробувати сказати про роботу цієї системи дуже коротко, то воно виглядає так. Коли в бактерію потрапляє чужорідний генетичний матеріал, наприклад ДНК бактеріофага, фрагмент цієї ДНК копіюється і вставляється у CRISPR як новий спейсер. Спейсери складають імунологічну пам’ять бактерії чи археї, в якій зберігається інформація про минулі інфекції, і саме вона лежить в основі відповіді на повторне вторгнення подібних генетичних елементів. Після інтеграції в CRISPR частин чужорідних генетичних елементів потрібно перевести їх в форму, здатну націлювати білки Cas на послідовності-мішені для їх розпізнавання і руйнування. Такою формою служить напрямна crРНК (CRISPR-РНК), яка містить унікальну послідовність, комплементарну певній мішені. Спочатку низка повторів і спейсерів CRISPR транскрибується в єдиний довгий транскрипт – пре-crРНК, який далі розрізається на короткі crРНК. Більшість повторів в CRISPR є паліндромами, тому відповідні їм ділянки пре-crРНК формують шпильки. У багатьох випадках саме ці шпильки розпізнаються білками Cas, які перетворюють пре-crРНК на crРНК. Як правило, транскрипція CRISPR залежить від лидерної послідовності і відбувається постійно, але з низькою швидкістю. Однак швидкість значно збільшується в стресових умовах або при зіткненні клітини з фагами, забезпечуючи їй швидкий і ефективний захист. На стадії інтерференції crРНК зв’язуються зі своїми мішенями за рахунок спарювання комплементарних нуклеотидів і, таким чином, спрямовують ендонуклеази Cas на розрізання та руйнування мішені. Формування комплексу crРНК і білків Cas забезпечує руйнування комплементарних crРНК послідовностей нуклеїнових кислот. Хоча мішенями, в основному, є дволанцюгові ДНК, деякі системи CRISPR-Cas можуть руйнувати комплементарні одноланцюгові РНК. У спрощеному вигляді робота цієї системи зображена на першому малюнку. Таким чином і працює система CRISPR-Cas, і на її основі американські дослідники розробили систему PAC-MAN (Prophylactic Antiviral CRISPR in huMAN cells). Для цієї системи вони використали CRISPR-Cas13d систему з бактерії Ruminococcus flavefaciens. Cas13d це нещодавно виявлена РНК-ендонуклеаза. Також вони підібрали декілька crРНК для консервативних у багатьох коронавірусів і навіть вірусів грипу ділянок геномної РНК. Їх система успішно спрацювала проти РНК коронавірусів і вірусів грипу у культурі клітин епітелію легенів людини. Схематично це показано на другому малюнку. Але автори наприкінці роботи вірно зазначають, що є проблема – як доставити цю систему у клітини живої людини. Пропонується декілька стратегій, і якщо ця проблема буде вирішена, ми отримаємо дуже вдалу систему профілактики і лікування вірусних захворювань. Якщо когось цікавить текст цієї піонерської роботи, він тут.
Другий чудернацький противірусний препарат – це малі інтерферуючі РНК (міРНК), які можуть допомогти руйнувати РНК вірусів шляхом сайленсинга РНК. Сайленсинг РНК є функціональним еквівалентом системи CRISPR прокаріот, але він відбувається в еукаріотичних клітинах і працює він зовсім інакше. Сайленсинг, тобто «приглушення» РНК (RNA silencing), також відоме як пост-транскрипційне глушення генів або інтерференція РНК, індукується дволанцюговою РНК. В результаті цього процесу руйнується матрична РНК, яка має таку ж послідовність нуклеотидів, як і ініціаторна дволанцюгова РНК. Дволанцюгова РНК розпізнається комплексом білків, до складу якого входить фермент, РНКаза III, який зветься Dicer і є специфічним до дволанцюгової РНК, розрізаючи її на фрагменти довжиною 20–25 пар нуклеотидів (малі інтерферуючі РНК, міРНК). Фрагмент міРНК з’єднується з певними білками цитоплазми, формуючі комплекс RISC (RNA-induced silencing complex). У цьому комплексі дволанцюгова міРНК розплітається, і (–) ланцюг залишається в комплексі, що активує цей комплекс. Мінус-ланцюг РНК в комплексі націлюється на мРНК на ділянку, що має комплементарні нуклеотиди, і далі в цьому регіону мРНК руйнується. Схематично сайленсинг РНК зображено на третьому малюнку. Є велика спокуса знайти або синтезувати малі РНК, які будуть індукувати руйнуванні вірусних мРНК. Цікаво зазначити, що багато вірусів кодують власні міРНК, які спричиняють руйнування мРНК клітини-хазяїна, регулюючі її метаболізм у потрібний для реплікації вірусів бік. Щодо використання міРНК у якості агентів проти коронавірусів, я знайшов роботу турецьких авторів, у якій аналізується вплив міРНК з геному SARS-CoV-2 на гени людини. Передбачається, що в свою чергу міРНК геному людини можуть бути спрямовані на гени коронавірусу. Але поки що останній абзац статті звучить так: «Однак всі ці терапевтичні можливості потребують подальших механістичних оцінок, щоб зрозуміти, як вони регулюють взаємодію вірус-господар. Отже, для подальших досліджень in vitro, ex vivo та in vivo потрібно буде перевірити кандидатів серед міРНК для інфекції SARS-CoV-2». Так що все це в майбутньому. Ось текст статті.
Отакий от з SARS-CoV-2 нам клопіт, малята, любі хлопчики й дівчата. Не перейматися усім цим занадто і пам’ятайте, що гірше завжди попереду. Тоді і буде вам щастя.
Продовження фахових розповідей про збудник COVID-19 (а також його родичів та друзів) від автора університетського підручника “Вірусологія”, доцента нашої кафедри Сергія Шамрая (доступний за посиланням). Читайте також першу та другу частини на нашому сайті, якщо Ви досі цього не зробили.
Ось і третій есей щодо коронавірусів. Чи мабуть навіть невелика оповідь. Поговоримо про інтимне життя SARS-CoV і SARS-CoV-2. Тому, хто очікує, що мова буде про щось непристойне, нагадаю, що слово «інтимний» має багато відтінків, зокрема «неплатонічний». А взаємодію цих вірусів з клітинами нашого організму важко назвати платонічними. До того ж до вірусів неможливо застосувати слово «життя», принаймні у побутовому значенні.
Мова буде йти про деякі подробиці циклу реплікації двох вірусів. Вони загалом близькі за складом, використовують однакову стратегію паразитування у клітині хазяїна, але SARS-CoV вивчений набагато краще (його вивчають з 2002 року), тому багато відомостей ми обґрунтовано можемо екстраполювати на SARS-CoV-2.
Нагадаю, вірусна частка (віріон) SARS-CoV-2 містить геном с позитивно сенсовою РНК (+РНК), яка укладена у спіраль разом з білком N, і цей нуклеокапсид оточений ліпопротеїновою мембраною (оболонкою), на який добре помітні вирости, які нагадують сонячну корону. Ці вирости інколи називають «шипами», але така назва не зовсім коректна, тому що вони не гострі і не жорсткі. Хоча англійська їх назва spike також означає шип, гвіздок, костиль (якім щось прикріплюють) тощо. Але я вважаю за краще звати їх виростами або виступами. Хоча можливо вирости також недобре, тому що вони не ростуть. Але хай вже буде. Нижче наведені електронна мікрофотографія віріонів і схематичне зображення їх структури.
(+)РНК-геном означає, що вірусна РНК є з одного боку геномом, а з іншого боку вона є матричною РНК (мРНК) і може безпосередньо транслюватися рибосомами з утворенням пептидних ланцюгів. Тобто безпосередньо на вірусному геномі синтезуються білки. Негативно сенсова РНК ((-)РНК) комплементарна до (+)РНК.
Дозволю собі ліричний відступ. Україно- і російськомовні біохіміки і молекулярні біологи часто чомусь полюбляють мРНК називати інформаційною РНК (іРНК), що є безглуздим. У англомовній літературі матричну РНК називають messenger RNA (mRNA), мессенджер-РНК, тобто РНК-посильний. Дійсно, вона є посильним між геномною ДНК і рибосомами, які синтезують на її матриці білок. Вона містить інформацію про послідовність амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюгу. Але так само інформацію щодо послідовності амінокислот містить і (-)РНК, але у комплементарному вигляді! Тобто (-)РНК також є інформаційною, і багато вірусів мають саме геноми у вигляді (-)РНК! Але безпосередньо вона не може правити за матрицю для синтезу пептидів, і за визначенням не є інформаційною РНК. Саме тому називати мРНК інформаційною РНК є нонсенсом. Але багато наших шановних біохіміків і молекулярних біологів чомусь на це не зважають. Ну, загалом це не мій клопіт.
Коли коронавірусні частки потрапляють у потенційного хазяїна (наприклад, у когось з нас), перше, що їм треба зробити – це потрапити усередину сприйнятливих клітин. В першу чергу їм потрібно перетнути плазматичну мембрану, яка оточує кожну нашу клітину. А це – не тривіальна задача, тому що мембрана є напрочуд надійним бар’єром, який не дозволяє потрапляти до клітини тому, що туди потрапити не повинно. Ось тут віруси вдаються до хитрощів. Для приєднання до поверхні клітини вони використовують поверхневі білки-рецептори, які в нормі виконують важливі для клітини функції. І після зв’язування з рецептором вірус поглинається клітиною.
Вірус має так звані білки прикріплення, або антирецептори, які специфічно підходять до певного рецептора, як ключ до замка. Власне кажучи, віруси і здатні заражати тільки ті клітини, на поверхні яких є відповідні рецептори. І, наприклад, вірус імунодефіциту людини приєднується тільки до білків (CD4), які мають деякі клітини імунної системи, але не мають наприклад клітини легень. І навпаки, SARS-CoV і SARS-CoV-2 інфікують клітини легень, але не інфікують клітини імунної системи, тому що на останніх немає потрібного рецептора.
Рецептором, з яким зв’язується віріон SARS-CoV-2, є ангіотензинперетворюючий фермент 2 (angiotensin-converting enzyme 2, ACE2). Цей же рецептор використовує і збудник атипової пневмонії SARS-CoV. З боку вірусних часток білком прикріплення є як раз білок, який формує вирости на поверхні вірусних часток (білок S). Цікаво зазначити, що збудник близькосхідного респіраторного синдрому MERS-CoV у якості рецептора використовує іншій білок – DPP-4.
Білок S є тримером, тобто формується трьома однаковими поліпептидними ланцюгами. Він привертає багато уваги дослідників, тому що знаходиться на поверхні вірусної частки і можна очікувати, що саме з ним будуть взаємодіяти наївні В-лімфоцити, щоби перетворитися на клітини плазми крові і почати виробляти противірусні антитіла. Тобто саме білок S може бути антигеном при створенні вакцини проти SARS-CoV-2. Доменна структура цього білка наведена нижче.
Доменна структура білка S. S1, субодиниця зв’язування з рецептором; S2, субодиниця злиття мембран; SS, сигнальна послідовність; TM, трансмембранний домен; NTD, N-термінальний домен; FP, пептид злиття; HR1, гептадний повтор 1; HR2, гептадний повтор 2; RBD – домен зв’язування рецептора; SD1 і SD2, субдомени 1 і 2; CH, центральна спіраль; CT – цитоплазматичний хвіст. Стрілки вказують на сайти розрізання протеазою.
Кого цікавить детальна інформація щодо тривимірної структури білка S і її динаміки, вам сюди, сюди і сюди.
Коли вірус приєднується до рецептора, клітина вважає, що рецептор активувався природнім лігандом, і поглинає цей рецептор шляхом ендоцитозу з утворенням ендосоми. Але замість природного ліганду до клітини потрапляє вірусна частка! Тут важливо зрозуміти, що на цьому етапі вірусна частка потрапила в середину клітини, але не в цитозоль. Вірусна частка залишається оточеною мембраною ендосоми, а геном вірусу залишається оточеним ліпопротеїновою оболонкою власної вірусної частки. Щоби потрапити в цитоплазму, повинно відбутися злиття мембрани ендосоми з оболонкою вірусної частки, і саме тоді нуклеокапсид потрапить до цитозолю так би мовити автоматично.
Це відбувається наступним чином. Передбачається, що протеаза хазяїна TMPRSS2 розрізає рецептор ACE2, це потрібне для ендоцитозу і звільняє ділянку мембрани ендосоми. Надалі білок S також розрізається протеазою хазяїна (відбувається праймування (priming) білка S) між субодиницями S1 і S2. Як ми бачили на малюнку вище, цей білок має два потенційних сайти розрізання протеазою. Але у спеціалістів є поки що деяка непевність, які саме протеази розщеплюють білок S. Можлива участь тієї ж TMPRSS2, або це можуть бути фурін, трипсин, катепсин чи протеаза, схожа на трипсин в дихальних шляхах людини (human airway trypsin-like protease). Але в деяких публікаціях зовсім не вказують на те, що TMPRSS2 розрізає рецептор ACE2; ця протеаза тільки розрізає білок S у двох сайтах, активуючі злиття мембран.
Як би там не було, субодиниця зв’язування з рецептором S1 відрізається, активується субодиниця злиття мембран S2 і відбувається злиття мембран оболонки віріона і ендосоми. І геном вірусу нарешті опиняється у цитоплазмі, як показано на малюнку:
Схематичне зображення генома SARS-CoV-2 наведено нижче на малюнку. Нагадую, ORF означає відкриту рамку зчитування (open read frame).
Оскільки геном вірусу є одночасно мРНК, зразу ж починається його трансляція, тобто рибосоми клітини хазяїна, натрапивши на нього, починають синтезувати вірусні білки. На наведеній схемі різним кольором показані неструктурні, структурні і допоміжні білки SARS-CoV-2.
Тут треба знову зробити ще один ліричний відступ. У вірусів з геномами РНК є проблема. Фермент, якій повинен реплікувати цю РНК і здійснювати транскрипцію (синтез мРНК на (-)РНК), є РНК-залежною РНК-полімеразою. Але наші клітини його не мають! Ну немає у нас синтезу РНК на матриці РНК. Неможна сказати, що живі організми зовсім не мають РНК-залежної РНК полімерази, її мають рослини і деякі протисти. Але віруси цей фермент використовувати не можуть. Вони повинні кодувати свій власний фермент. Деякі фахівці навіть пропанують для вірусного ферменту назву РНК-залежна РНК полімераза (RNA-dependent RNA polymerase), а для ферменту живих організмів назву РНК-спрямована РНК полімераза (RNA-directed RNA polymerase). Але зараз щодо вірусів використовують обидві назви, нажаль. Таким чином, вірусу цей фермент потрібен для транскрипції і трансляції, і віруси або мають його в своїх вірусних частках (віруси з (-)РНК-геномами і з геномами, представленими дволанцюговими РНК), або він зразу ж синтезується у клітині на геномі у вірусів з (+)РНК-геномами, такими як SARS-CoV-2.
Але у вірусів з (+)РНК-геномами є ще одна проблема. Їх геном, як ми знаємо, фактично є мРНК, але ця РНК поліцистронна, тобто має декілька відкритих рамок зчитування, кожна з яких має стартовий кодон і стоп-кодон. От стоп-кодон і є проблемою. У нашого коронавірусу зразу ж буде транслюватися перша відкрита рамка зчитування (ORF1a, див. малюнок). Але коли зустрінеться її стоп-кодон, рибосома від’єднається. А правіші (downstream) рамки зчитування, як же їх транслювати? Віруси вирішують цю проблему різними шляхами, дещо про це сказано у нашому з Дмитром Вікторовичем Леонтьєвим підручнику.
Що стосується SARS-CoV-2, то після попадання в клітину і «роздягання» геному відбувається кеп-залежна трансляція ORF1a з утворенням поліпептиду pp1a. Крім того, завдяки «слизькій» ділянці на РНК біля кінця ORF1a у 25-30% відбувається зсув рамки зчитування (-1 фреймшифтінг), завдяки чому транслюються ORF1a і ORF1b з утворенням більшого поліпептиду pp1ab. Надалі відбувається автокаталітичне розрізання цих поліпротеїнів з утворенням численних функціональних білків. Знаменно, що серед цих білків є РНК-залежна РНК полімераза, яка здійснює транскрипцію зокрема з утворенням субгеномних РНК (що є ще одним способом вирішення проблеми стоп-кодонів) і реплікацію генома. Схематично цикл реплікації SARS-коронавірусів зображений нижче.
Я не буду перераховувати усі численні вірусні білки, які синтезуються в клітині. Ці білки виконують численні функції, починаючі від запобігання імунної відповіді клітини і примушення клітини синтезувати вірусні білки, а не свої власні, і закінчуючи утворенням нових вірусних часток. Детальний аналіз білків з відомими і невідомими функціями наведено тут.
Коли у клітині буде напрацьована певна порогова кількість структурних вірусних білків і нових вірусних геномів, нові вірусні частки самозбираються і покидають клітину. Цікаво, що вірусні білки, які потраплять до оболонки вірусних часток, остаточно синтезуються і модифікуються в комплексі Гольджі. Новоутворені нуклеокапсиди брунькуються через мембрану бульбашок Гольджі, так що віріони придбавають власну мембрану, і оточені зверху ще однією мембраною. Надалі вони вивільняються з клітини шляхом екзоцитозу. Пишуть, що одна клітина може вивільнити 100-1000 вірусних часток, а потім гине.
