Расплетатель генома за работой

Статья Александра Горбалени, сотрудника факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М.В. Ломоносова и Медицинского центра Лейденского университета в Нидерландах, и его коллег опубликована в журнале Nucleic Acids Research. Биологи изучали фермент хеликазу артеривируса. Хеликазы играют очень важную роль в жизненном цикле как клеток, так и вирусов, обеспечивая расплетание двух цепочек молекулы нуклеиновых кислот (ДНК, РНК).

«Хеликазы — это ферменты, которые переводят двуцепочечную форму нуклеиновых кислот в одноцепочечную, — поясняет Александр Горбаленя. — Например, двухцепочечная ДНК, будучи формой хранения генетической информации, содержит две копии этой информации. Если вы знаете одну цепочку, то вы можете восстановить другую цепочку по принципу комплементарности . Это матричный процесс, как в типографии. У большинства клеточных организмов две копии сохраняются физически вместе, что повышает надежность хранения. Но в такой форме информация закрыта, неактивна.

Двуцепочечная ДНК — это закрытая книга. Чтобы ее открыть и начать читать, надо эти копии расплести. За это и отвечают хеликазы».

Геном артеривирусов состоит из одноцепочечной РНК. Однако хеликаза нужна и вирусам, так как их РНК реплицируется и строит на матрице вторую цепочку. Двухцепочечная РНК имеется в клетке, она только не пакуется в вирионы. Но и ее кто-то должен расплетать, как объясняет Горбаленя.

Изучавшийся генетиками артеривирус принадлежит к большому отделу нидовирусов. К этому же отделу относятся гораздо более широко известные коронавирусы , названные так за вирион в форме солнечной короны, наблюдающейся во время затмений. Коронавирусами, в частности, являются вирус атипичной пневмонии человека SARS-коронавирус (эпидемия 2003 года) и возбудитель ближневосточной респираторной инфекции человека MERS-коронавирус, эпидемия которого продолжается на Ближнем Востоке с прошлого года.

Для большинства людей вирусы ассоциируются исключительно с болезнями. Однако вирусологи строят эволюционные деревья вирусов исходя не из заболеваний, ими вызываемыми, а из сходства вирусных геномов. «Одни и те же болезни могут быть вызваны совершенно разными вирусами, не имеющими ничего общего между собой, — говорит Александр Горбаленя. —

Они могут различаться настолько, насколько различаются между собой Е. coli и человек».

По его словам, наши знания о вирусах рудиментарны.

Коронавирусы, артеривирусы и другие группы нидовирусов привлекают внимание биологов тем, что у них очень большой РНК-геном. Также они интересны потому, что сегодня уже почти никто не сомневается: мир РНК возник на планете до мира ДНК.

Ученые полагают, что изучение РНК-генома вирусов поможет понять, как возникла и развивалась жизнь на ранних этапах эволюции.

В своих исследованиях биологи впервые показали, как регулируется работа вирусной хеликазы на молекулярном уровне. Они провели рентгеноструктурный и другие анализы хеликазы и описали пространственную структуру фермента, включая его регуляторную часть, содержащую несколько атомов цинка. Авторы использовали программное обеспечение для анализа вирусных геномов, разработанное учеными из МГУ. Они пришли к выводу, что хеликаза артеривируса структурно похожа на клеточные хеликазы, которые участвуют в обеспечении контроля качества матричных РНК. И предположили, что нидовирусы могут использовать хеликазу для отбраковки дефектных РНК-геномов.

«Знание, которое было нами получено, имеет отношение к пониманию фундаментальных вопросов молекулярной биологии вирусов и клетки, — подытоживает Александр Горбаленя. — Мы также надеемся, что наши результаты будут стимулировать разработку противовирусных препаратов, поскольку вирусные ферменты являются излюбленными мишенями для антивирусных лекарств. Например, терапия против ВИЧ основана на использовании таких лекарств. Однако путь от пространственной структуры фермента до практических результатов, как правило, очень долгий».

Материал подготовлен отделом науки «Газеты.Ru» и МГУ в  рамках сотрудничества с Фестивалем науки.