Почему вирус гриппа так сильно меняется

Своей фантастической изменчивостью вирус гриппа обязан клеточной машине, которая следит за правильной пространственной укладкой белковых молекул.

Как известно, к гриппу надо прививаться каждый год – потому что каждый год к нам приходит какая-то новая его разновидность. Вакцины натаскивают нашу иммунную систему против каких-то молекулярных признаков вируса, чтобы, когда сам вирус попадет в организм, иммунитет быстро его узнал.

Большинство вакцин учат иммунную систему «видеть» гемагглютинин – особый вирусный белок, с помощью которого вирус взаимодействует с клеткой. Но именно гемагглютинин довольно сильно меняется: в гене, который его кодирует, постоянно случаются какие-то мутации, так что белок, хотя и продолжает выполнять свою функцию, каждый год выглядит как-то по-новому, и иммунитет приходится заново обучать.

Самому вирусу такая изменчивость тоже доставляет некоторые проблемы. Белок – вовсе не ровная нитка сцепленных друг с другом аминокислот, это довольно запутанный клубок, в котором аминокислоты взаимодействуют друг с другом, притягиваясь и отталкиваясь; и если взять какой-нибудь водорастворимый фермент, он будет похож, скорее, на очень бугристую картофелину. И функция белка как раз зависит от его пространственной формы: его аминокислоты должны так провзаимодействовать друг с другом, чтобы его форма позволяла связываться с рецепторами, расщеплять какие-то молекулы или, наоборот, соединять их и т. д.

В случае мутаций часто страдает именно пространственная укладка белковой молекулы, так что работать белок уже не может. То же самое касается и гриппозного гемагглютинина: постоянные изменения в гемагглютинине могут привести к тому, что он превратится в мусор.

Но в любой клетке есть особые белки, которые помогают другим белкам поддерживать форму – в прямом смысле. Эти белки называются шапероны, и они нужны как раз для того, чтобы белковая молекула, у которой не получается приобрести правильную пространственную конформацию, все-таки свернулась правильно. Шапероны очень кстати оказываются, например, при тепловом стрессе, когда белки теряют пространственную укладку из-за неподобающих условий среды.

Известно, что вирусные белки взаимодействуют с клеточными шаперонами, так что само собой напрашивается предположение, что именно шапероны помогают вирусам решить проблемы с белками, возникающие из-за сильной изменчивости. Исследователи из Массачусетского технологического института поставили эксперименты с двумя типами клеток: в одних была сильно понижена активность одного из главных белков-шаперонов, в других, наоборот, шаперонов было больше, чем обычно, и работали они в клетке активней, чем обычно. Те и другие клетки заражали вирусом гриппа и ждали, когда у вирусе сменится 200 поколений (учитывая огромную скорость размножения вирусов, ждать пришлось недолго).

Действительно, оказалось, что в клетках, где шапероны были особенно активны, вирус менялся быстрее, чем в обычных клетках, и уж точно быстрее, чем в клетках с выключенным главным шапероном. Иными словами, когда в клетке много белков, которые следят за пространственной укладкой других белков, вирус может позволить себе быть изменчивым. Больше всего, как говорится в статье в eLife, у гриппа мутировали уже много раз упомянутый гемагглютинин, с помощью которого он взаимодействует с клетками, и фермент, который занимается копированием вирусного генома. Как было сказано выше, шапероны включаются в момент теплового стресса – и, очевидно, вирус со своими изменчивыми белками должен особенно хорошо себя чувствовать, когда клетке приходится терпеть температуру выше обычной.

Не исключено, что и другие вирусы, не только вирус гриппа, используют шаперонную машину в тех же целях, но тут без дополнительных исследований сказать что-либо трудно. Что до гриппа, то если мы сумеем как-то отвадить его от клеточных шаперонов, то это позволить затормозить его стремительную эволюцию, и нам не придется каждый год подбирать новую вакцину для очередной его разновидности.