О вирусах

Поиграю в диванного биолога и вирусолога. Вспомним школьный курс биологии. Вспомним книжки Аси Казанцевой. Посмотрим, как это нам (не) поможет в понимании COVID-19.

Человек — сложный. Наше тело состоит из органов. Органы состоят из тканей. Ткани состоят из клеток. Мы — многоклеточные.

Клетки — основа жизни на этой планете. Животные, растения, бактерии, грибы (а также археи, протисты и хромисты, биологическая систематика — занятная штука) состоят из клеток. Пусть даже это одноклеточные.

Клетки тоже бывают разные. С ядром и без ядра. И даже без органелл. Но остановимся на животных, которые эукариоты, то есть с ядром в клетках.

Клетка — это большая молекулярная машина. Точнее целая молекулярная фабрика. И единственная функция той части фабрики, где задействованы ДНК, РНК и рибосомы — это синтез белков.

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Дезоксирибонуклеиновая кислота. Дезоксирибонуклеиновая кислота. Когда-то я специально выучил это слово, которое казалось самым сложным. Рибонуклеиновая кислота.

В ДНК используется четыре «буквы»-нуклеотида. То есть в нашем геноме используется четверичная система счисления. В геноме человека «примерно 3.1 миллиарда пар оснований», сгруппированные в 23 пары хромосом. По два бита на каждую пару оснований, получается 6.2 миллиарда бит, порядка 740 мегабайт. Всего лишь один компакт-диск. В каждой нашей клетке.

Тройки оснований кодируют аминокислоту. Одну из двадцати стандартных (многие комбинации кодируют одни и те же аминокислоты). То есть у нас есть ассемблер из двадцати команд. Аминокислоты цепляются одна за другой в том самом порядке, что задан в ДНК (и РНК). Так и формируется белок. Это очень длинная последовательность всего лишь из двадцати различных аминокислот. И эта последовательность определяет характеристики белка.

На нашем ассемблере написаны подпрограммы по синтезу белков. Их десятки тысяч. И только небольшая часть из них используется в конкретной клетке. Одна кодовая база, но различные схемы развёртывания. И различные окружения.

В этом большая магия, над расшифровкой которой и колдуют молекулярные биологи последние лет шестьдесят. Организм начинается с единственной клетки. Она делится и делится. Клетки начинают специализироваться. Появляются ткани и органы. И у всех клеток один и тот же код (за исключением мутаций). Но что из данной клетки получится, зависит от её окружения. От места по отношению к другим клеткам в процессе эмбриогенеза.

По большому счёту, клетка только и умеет, что производить белки по подпрограммам из ДНК, выбираемым исходя из условий внешней среды и истории происхождения конкретной клетки.

А белки — это всё. Они взаимодействуют с другими белками в других клетках. Ферменты — это тоже в основном белки. Гормоны — тоже часто белки. Белки — это жизнь.

Это всё — чистое взаимодействие молекул. Химия. Поэтому правило пяти секунд не работает. Бактерии не переползают на то, что упало. Они буквально прилипают на молекулярном уровне.

Так же антитела. Это такие белки, которые ваш организм специально научается производить, чтобы они связывались с молекулами, которые вредны организму. «Вредными» могут быть какие-нибудь специфичные молекулы оболочки болезнетворных бактерий или оболочки вирусов.

Я представляю антитела как такие яркие кусочки наэлектризованного пенопласта, которые постоянно плавают в крови. Как только где-то рядом появляется какая-нибудь злобная бактерия, эти кусочки тут же к ней прилипают. Просто потому что они специально созданы (методом многочисленных проб и ошибок, смотрите подробности в книге), чтобы прилипать к этим бактериям. Прилипают, и этим могут мешать бактерии функционировать. «Яркие», и этим привлекают клетки иммунной системы, которые уже «вооружены» и смогут разобраться со злодеем.

В этом и суть прививок. Тренируем организм распознавать возбудителей на «поломанных» и «выпотрошенных» версиях этих самых возбудителей. Болезнь они вызвать не могут, но содержат те самые молекулы, по которым должны будут быть распознаны настоящие возбудители, если попадут в организм когда-нибудь в будущем.

В клетках есть ядро с ДНК, рибосомы, митохондрии и прочие органеллы. Клетки сами потребляют и выделяют вещества, отращивают ложноножки, передвигаются, взаимодействуют. Живут.

А вот вирусы и прионы — они другие. Тут вообще нет клеток. Есть только молекулы.

Прионы — это вообще отдельные белковые молекулы. Просто они такие мерзкие, что, если попадут в организм, необратимо ломают его функционирование. По сути бажные входные данные, которые ломают программу. Но они могут размножаться. Как вирусы.

Вирусы — это ДНК или РНК в оболочке. Плюс средства проникновения в клетку. Те самые короны у короновирусов. Вне клетки вирусы не живые. Они не обмениваются веществами, не двигаются самостоятельно. Это просто несколько большущих молекул.

Всё интересное происходит, когда вирус проникает в клетку. Он «заставляет» клетку производить свои собственные копии. В точности как компьютерные вирусы, когда они проникают в программу. Почти всегда при этом в клетке что-то ломается. Она может начать производить вредные для организма вещества. Или просто умирает. Или её убивают клетки иммунной системы.

Но перед смертью клетки вполне успевают произвести достаточно вирусных частиц, чтобы заразить соседние клетки, и чтобы вирус присутствовал в жидкостях организма.

Бактерии — это одноклеточные организмы, которые живут в вашем многоклеточном организме. Многие бактерии безвредны, и даже полезны. Например, бактерии, живущие в кишечнике, очень даже помогают нам переваривать пищу.

Болезнетворные бактерии делают в организме что-то плохое, и мы заболеваем. Для борьбы с бактериями придумали антибиотики. Технически это яды (как, впрочем, и многие другие лекарства), избирательно убивающие бактерии.

С вирусами так просто не получится. Это же молекула. На слабенькие яды ей наплевать. Тут нет обмена веществ, в который можно вмешаться. Но вирус можно разрушить. Ультрафиолетом, спиртом, щёлочью. Собственно, всем тем, что прекрасно разрушает и нормальные живые клетки и белки. Все клетки. Даже здоровые.

С вирусами нормально может бороться только иммунная система. Потому что она работает избирательно. Избирательно уничтожает заражённые клетки. Или даже обезвреживает вирусные частицы.

Только иммунная система должна знать, с чем бороться. Либо сама научится за время болезни. Если не будет слишком поздно. Либо её можно научить с помощью прививок.

Довольно много бактерий, вирусов и даже грибков живут в организме постоянно. Например, вирус герпеса, или дрожжевой грибок Candida. Всё нормально если они безвредны или иммунная система сдерживает их распространение. Но когда ситуация меняется, возникают болезни.

Опасность SARS-CoV-2 в том, что он легко распространяется. Как грипп, вирусные частицы содержатся в слюне и мокроте кашляющего больного. Поэтому нужно мыть руки, чтобы смыть случайно налипшие вирусные частицы с дверных ручек и поручней, и не донести их до своих слизистых оболочек. Даже лучше, чем грипп. У него длительный инкубационный период, пару недель человек может быть заразен безо всяких внешних симптомов. Он хорошо связывается с клетками легких, и последующая бурная реакция иммунной системы приводит к пневмонии. Тут же набегают бактерии, так называемая вторичная инфекция. Поэтому даже при вирусной природе заболевания дают антибиотики.

Страшновато, но подобный вирус вполне мог бы быть изготовлен в современной лаборатории из похожего вируса, найденного у летучих мышей в 2013, и вируса, вызывающего пневмонию у панголинов, найденного в 2019. С модификацией, улучшающей связываемость вируса с различными типами клеток. Да, сейчас легко можно слепить геном подобного вируса из кусочков. И даже будет примерно понятно, чем новый вирус будет отличаться от своих «предков».

Как оно было на самом деле, мы, пожалуй, узнаем ещё нескоро. Главное сейчас, побыстрее получить вакцину. И не заболеть всем и сразу.

Мир уже никогда не будет прежним. Надеюсь, исчезнет традиция щупать руку :)