Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Вироиды – инфицирующие растения каталитически активные рибозимы, растительные патогены, способные к репликации, которые ведут себя как вирусы, но вирусами не называются. Никто не отважился назвать их вирусами, поскольку они не подчиняются правилам, распространяемым на вирусы: «голые», не имеющие оболочки РНК не подпадали под определение вируса, существовавшее в 1960-х гг., не подпадают и сегодня. Поэтому ученые попытались прийти к компромиссу и назвали их вироидами, вирусоподобными микроорганизмами. Вироиды имеют кольцевую структуру, и часто это каталитически активные РНК, состоящие исключительно из РНК. Поэтому даже в настоящее время их все еще не считают «настоящими вирусами». Вироиды не используют оболочку, и не только это: они не могут даже считывать генетический код, кодирующий аминокислоты, несмотря на наличие четырех нуклеотидов, хотя и не организованных как триплеты, что является одним из предварительных условий распознавания закодированных аминокислот. Поэтому вироиды, вероятно, существовали до появления кода. Они, так сказать, генетически «неграмотны». И что самое удивительное, остаются таковыми до сих пор. На планете их очень много. Вироиды присутствуют главным образом в растениях и, как мне кажется, являются свидетелями и индикаторами начала жизни. Они относятся к самым древним представителям и реликтам мира РНК ранних этапов его существования, несмотря на то, что сейчас их не слишком жалуют. Должно быть, они древнее, чем генетический код, поскольку их РНК некодирующие, и они предшествовали синтезу белков. Но тут возникает вот какой поворот: они создали условия для синтеза белков, поскольку не существует белков без рибозимов! У них самих нет генетической информации для аминокислот или белков. Могли ли их РНК-последовательности возникнуть случайно? Никогда! Определенно, РНК вироидов содержит информацию, если это некодирующие последовательности, но тогда она должна находиться в их структуре, что каким-то образом также зависит от последовательности. Информация о структуре или электрическом заряде приводит к формированию структуры шпилькообразной петли, необходимой для репликации, расщепления, соединения и взаимодействия с окружающей средой.

У некоторых вироидов самокомплементарность достигает 70%, и это означает, что они являются почти двухцепочечными структурами с одноцепочечной петлей посредине. Они создают условия для взаимодействия с другими молекулами в своем окружении. Такие структуры стабильнее одноцепочечных РНК, что хорошо известно всем биохимикам, работающим в лабораториях, где приходится проводить много бессонных ночей из-за высокой скорости распада РНК. Все инструменты и растворы (включая воду) нужно обрабатывать специальными реагентами (в частности, диэтилпирокарбонатом, DEPC), чтобы они не только были стерильными, но и не содержали нуклеаз. И все же было бы лучше, если бы лаборатория была полностью автономной, без системы воздухообменаЧарлз Дарвин предостерегал от «нуклеаз» (хоть и не использовал этот термин), и по его прогнозам, в нынешних условиях возникновение жизни на Земле невозможно. Современные условия слишком враждебны. Нуклеазы «враждебны». Более того, мы никогда не узнаем, какие условия изначально существовали на Земле. Но Дарвин не исключал, что у всех живых существ на Земле есть общий предок. Может быть, это вироиды? У них достаточно простое строение. Это самореплицирующиеся биомолекулы, которые имеют крайне простое строение даже для современного мира. На начальных этапах формирования жизни защита от угроз внешней среды, безусловно, была необходима. Но как это можно было обеспечить – за счет шпилькообразных петлевых структур, ниш, полостей или за счет липидов? Мы не знаем.

Следует упомянуть, что вироиды – это рибозимы, разрушенные замкнутые кольцевые структуры, частично двухцепочечные и каталитически активные. Рибозимы могут содержать до 50 нуклеотидов, а существующие в настоящее время вироиды – примерно в семь раз больше. И те, и другие имеют замкнутое кольцевое строение. Позднее в ходе эволюции вироиды иногда теряли свою каталитическую активность. Хорошо исследованный вироид веретеновидности клубней картофеля (или PSTVd, где маленькая d означает «вироид») ферментатически неактивен. Но утеря функции означает, что такая активность более не нужна и вирус «обленился». Эту функцию частично взяли на себя клетки. Теперь для репликации им требуется помощь клеток растения-хозяина. В биологии известны две силы – одна повышает сложность структуры организма, а другая ее снижает. Упрощение строения часто возможно, если утраченную способность можно получить откуда-то еще. Поэтому утрата вироидной активности могла быть обусловлена изменением образа жизни, связанным с клеткой-хозяином.