Некоторые вирусы появляются на свет с врождённой асимметрией.

Мы представляем вирусы правильными шариками или, точнее говоря, икосаэдрами – двадцатигранниками, у которых каждая грань представляет собой треугольник из молекул вирусной оболочки. Конечно, вирусы бывают разные. Есть бактериофаги с их головками, стебельками и ножками, есть вирусы, у которых поверх белковой оболочки-капсида с генетическим материалом внутри есть ещё верхняя мембранная оболочка, позаимствованная у клетки-хозяина. Но в любом случае, будь то головка фага, или наружная оболочка вируса лихорадки Западного Нила, мы всегда изображаем их правильной геометрической формы. В этом есть свой смысл: молекулы, образующие оболочки вируса, из физико-химических соображений должны всегда выстраиваться в икосаэдр.

Частицы вируса лихорадки Западного Нила. (Фото: pingnews.com / Flickr.com) 

Проходя через мембраны эндоплазматической сети, вирус приобретает мембранную оболочку с гликопротеинами, которая нарушает симметрию в том месте, которым вирус отпочковывается от клеточных мембран. (Иллюстрация: Matthew D. Therkelsen et al., PNAS, 2018)

Однако, как пишут в PNAS исследователи из Университета Пердью симметричность вирусов несколько преувеличена – по крайней мере, некоторых из них. Мэтью Теркелсен (Matthew D. Therkelsen) и его коллеги изучали строение одного из штаммов вируса лихорадки Западного Нила. Этот вирус относится к группе флавивирусов, которые при формировании вирусной частицы заимствуют у клетки кусок липидной мембраны с встроенными в неё вирусными белками-гликопротеинами. Поначалу в клетке получается частица, состоящая из вирусной нуклеиновой кислоты оболочки-капсида, а потом такая частица проходит через мембраны  внутриклеточной эндоплазматической сети и одевается дополнительной мембранной оболочкой. Всегда считалось, что гликопротеины в мембране флавивирусов выстраиваются по трое в грани икосаэдра, который можно легко вписать в шар.

Но оказалось, что и у зрелых вирусов, и у молодых, которые только-только получили мембранную оболочку, на этой оболочке можно найти нарушения в правильной структуре – нечто вроде пупка на той стороне, которой они отрывались от мембраны. Асимметрия прямо связана с тем, как мембранная оболочка появляется на вирусе: когда он проходит сквозь мембрану клетки, она его постепенно обволакивает и в конце закрывает отверстие сзади. При этом гликопротеины, которые сначала укладывались в правильные грани, в том месте, где вирус отпочковывается от мембраны, уже не могут образовать правильную структуру – они толкаются, мешают друг другу, и в результате здесь просто не оказывается достаточно гликопротеиновых молекул, чтобы завершить симметрию частицы; получается тот самый «пупок».

Потом вирус проходит еще через один мембранный орган клетки, аппарат Гольджи, белки в мембранной оболочке переформатируются под действием меняющейся кислотности, однако нарушение симметрии всё равно остаётся.

Более того, если говорить о «ядре» вируса, то есть о белковом капсиде с нуклеиновой кислотой внутри, то и у неё есть свои особенности. Когда вирусная частица только-только сформировалась, «ядро» расположено ближе к её переднему краю, к тому, которым частица входила в мембрану. Когда же вирус уже окончательно созрел, его «ядро» занимает центральное положение внутри мембранной оболочки. (На всякий случай подчеркнём, что вирусное «ядро», представляющее собой нуклеиновую кислоту, запакованную в белки – это не ядро клетки, которое представляет собой очень большой орган со сложноустроенной мембранной оболочкой и огромным количеством различных молекулы внутри.)

Почему подобные особенности обнаружили только сейчас, хотя флавивиурсы изучают давно? Потому, что раньше, когда по электронной микрофотографии строили «портреты» этих вирусов, получающиеся изображения специально симметризовали, исходя из того соображения, что вирусы должны быть симметричными. На сей же раз симметрию вирусам никто не навязывал, и авторы работы увидели то, что увидели.

Мембранные оболочки носят не только флавивирусы, но и другие вирусы, например, ВИЧ. Возможно, что подобные особенности в строении есть и у других вирусов с оболочками, и возможно, что новые данные помогут лучше понять, как они взаимодействуют с клетками и можно ли такие их особенности использовать для создания противовирусных лекарств.