- Как же организм животного или человека защищается от вируса, с которым никогда раньше не встречался?

Первый этап, как правило, заканчивается гибелью зараженных клеток. В результате образуется несколько тысяч новых вирусов, затем миллион, миллиард, а потом организм должен погибнуть.

- Но в реальных условиях этого не происходит. Заболевший обычно выздоравливает.

Действительно, даже при тяжелейших вирусных инфекциях, как оспа или клещевой энцефалит, погибают не все заразившиеся люди, а такие болезни, как свинка, корь, грипп, для большинства оканчиваются благополучно.

Обороняясь от возбудителей заразных болезней, организм вырабатывает, как известно, высокоэффективные защитные вещества - антитела. Против каждого возбудителя, будь то бактерия или вирус, образуются свои антитела. Они соединяются только со "своим" возбудителем и нейтрализуют его активность, совершенно не действуя на все остальные.

Каждому этапу развития любой науки, в том числе и медицины, соответствует определенный уровень знаний. Поэтому многие первоначальные положения, своего рода аксиомы вирусологии основывались на знаниях, полученных ранее микробиологами, изучавшими противомикробный иммунитет. Вот почему вирусологи довольно долго считали, что выздоровление обеспечивается только специфическим иммунитетом, его антителами, которые образуются в ответ на проникший в организм и размножающийся там вирус. Однако существовало определенное противоречие, на которое долго старались не обращать внимания, хотя оно буквально бросалось в глаза.

Совершенно непонятным оказывался такой хорошо известный факт: антитела образуются и поступают в кровь через несколько дней после заражения. Именно такой срок требуется организму, чтобы ответить на агрессию и выработать необходимые количества защитных антител, способных связать вирус. Но, ведь зная необычайно высокий темп репродукции вируса в зараженных клетках, легко можно подсчитать, что в первые два-три дня болезни должны образовываться неисчислимые полчища новых вирусов. Следовательно, антитела просто-напросто опоздают и не смогут нейтрализовать инфекцию!

Кроме того, ученые показали, что антитела действуют, только когда вирус находится вне клетки: в крови, в лимфе, - и не способны проникать внутрь клеток, зараженных вирусом, хотя и препятствуют внедрению вирусов в чувствительную ткань.

Очевидно, есть какие-то еще неизвестные способы защиты, которые именно в первые часы после заражения должны, во-первых, ограничить размножение вируса внутри клетки, а затем и воспрепятствовать заражению новых клеток, как бы связать вирус по рукам и ногам до подхода основной армии защиты - антител.

Можно думать, что уже на самых ранних этапах эволюции живых существ на поверхности нашей планеты началась неравная борьба между клеточными организмами и мельчайшими их врагами - вирусами. Учитывая необычайно быстрый темп размножения вируса, такая борьба должна была бы окончиться их несомненной победой над более сложно организованными многоклеточными организмами. Чтобы как-то защитить себя от бурно размножающихся противников, позвоночные животные многие и многие тысячи лет назад выработали универсальный механизм защиты от вирусной агрессии. Эта дополнительная (но против вирусной инфекции, может быть, и основная) защита проявляется и действует на уровне клеток. Она резко подавляет темп размножения вирусов, замедляет скорость развития инфекционного процесса.

В середине 30-х годов два американских исследователя, Г. Финдлей и Ф. Маккаллум, проводили опыты на обезьянах, изучая разновидности вирусов желтой лихорадки, вызывавших или не дававших развития энцефалитов у этих животных. Вирусы нередко были причиной гибели людей, живших в Африке, и особенно приезжавших на Африканский континент европейцев: путешественников, моряков и поселенцев. Обезьяны, так же как и люди, погибали от этих вирусов, причем нередко развивались тяжелейшие параличи.

Однажды, не располагая достаточным числом обезьян, ученые заразили смертельным вирусом животных, которым несколько дней назад была введена ослабленная разновидность вируса желтой лихорадки. Произошло непонятное и поистине чудесное явление: обезьяны Не только не погибли, но даже не заболели. Опыты следовали за опытами, и результаты, повторяя друг друга, позволяли сделать вывод, что найдена совершенно новая возможность спасти животных от смертельных вирусов. Для этого нужно ввести им незадолго до заражения другой, малоопасный вирус, который даже может быть вирусом совершенно иного вида.

Таким образом, было сделано важнейшее открытие, а в медицине появился новый термин "интерференция" вирусов, происшедший от английского слова "помеха", "препятствие".

С самого начала этих работ ученым было ясно, что природа интерференции связана вовсе не с иммунитетом, а с каким-то "неспецифическим" механизмом. Однако в течение долгих 20 лет ученые объясняли защитный эффект простой конкуренцией между двумя соперниками. Думали, что первый по порядку "несмертельный" вирус отнимает у второго "злокачественного" вируса питательные ресурсы зараженного организма, а это подтверждалось плохим размножением смертельного вируса, введенного во вторую очередь.

В 1957 году английский ученый А. Айзекс и его молодая практикантка доктор Д. Линденман показали, что причина интерференции совсем другая. Исследователи изучали поглощение вируса клетками из окружающей питательной среды и ожидали увидеть снижение интерферирующей силы среды. Однако произошло обратное. Но ученые, к счастью, не прошли мимо этого непонятного поначалу факта, а стали искать вызвавшую его причину. Они установили, что если внести в культуру ткани инактивированный теплом вирус гриппа, то зараженные клетки начинают вырабатывать какое-то белковое вещество и выделять его в окружающую среду. В незараженных клетках такого белка обнаружить не удалось.

Айзеке назвал открытый им белок интерфероном и этим обессмертил свое имя.

Интерферон обладал чудесными свойствами идеального противовирусного лекарства, и его открытие явилось крупным событием в биологии и медицине. Правда, вначале оно было встречено с недоверием, но уже через два-три года вызвало широкий поток исследований во всех странах мира. Ученые пытались выяснить природу интерферона, понять механизм его действия на вирусы и постараться использовать для борьбы с вирусными болезнями у людей и животных.

Молекулы интерферона наделены весьма важными и интересными свойствами: они полностью лишены какого-либо побочного действия на организм. Защита от вирусов наблюдается в клетках только того вида животных, которые выработали интерферон. В отличие от антител он подавляет размножение практически всех известных вирусов. Активность самых лучших антибиотиков (стрептомицина, пенициллина, эритромицина и других) распространяется на многие возбудители болезней бактериальной природы, но, к сожалению, не на вирусы.

Как теперь установлено, в первые дни после заражения от смертельного воздействия любого вируса организм защищает именно интерферон. Это очень важно в тех случаях, когда организм встречается с каким-либо вирусом впервые в жизни и не имеет к нему антител. Интерферон играет роль как бы пограничной заставы, которая принимает на себя удар противника, пока не подтянутся основные защитные войска.

Особенно это ценно при таких инфекциях, как грипп и простудные заболевания, которые длятся лишь три-пять дней. Тогда именно интерферон способствует выздоровлению, поскольку антитела образуются поздно, воздействовать на вирус не успевают и играют свою защитную роль только при повторной встрече организма с тем же вирусом.

Вскоре после того, как вирус прикрепится к поверхности клеток, они "распознают" в его лице не только полезный питательный белок, но и своего смертельного врага. Вот это-то раннее "распознавание" и позволяет организму достаточно быстро подготовить эффективную оборону, чтобы подавить вирусную инфекцию или хотя бы ограничить ее уже в первые часы после начала болезни.

Исследование тончайших процессов, происходящих на молекулярном уровне внутри живых клеток, потребовало довольно длительного времени. И если интерферон был открыт в Англии, то объяснить, как он образуется, удалось в Америке.

Вирусолог С. Барон из Института аллергии и инфекционных болезней, расположенного в городе Бетесда, близ Вашингтона, много лет посвятил изучению всего двух вопросов: почему в зараженных вирусами клетках образуется интерферон и как это происходит? Вдумайтесь! Всего два вопроса, но каких важных! Если на них ответить, откроется путь к пониманию главной задачи: способу борьбы с любыми вирусными инфекциями.

Ученому удалось установить, что, как только вирус проникает в цитоплазму клетки и начинает там "раздеваться", сбрасывая белковый чехол и выделяя нуклеиновую кислоту, клетка воспринимает эти действия за сигнал тревоги, оповещающий о вторжении смертельного врага, против которого немедленно надо готовить активнейшее оружие.

С. Барон доказал также, что начало синтеза интерферона совпадает с периодом, когда в зараженной клетке вирусная РНК становится матрицей, с которой печатаются новые РНК. Формирующиеся в ходе этого процесса двунитевые РНК и служат стимулом для образования интерферона. А происходит это потому, что в здоровых клетках никогда не бывает двунитевых РНК, а только однонитевые. Двунитевая форма РНК чужеродна для клетки, а это как раз и необходимо, чтобы подать сигнал опасности. Таков был ответ на вопрос "почему".

Ответ на второй вопрос - "как" - потребовал гораздо больше времени. Оказалось, что, когда клетка получает сигнал опасности, немедленно включается специальный ген-оператор. Начинается синтез информационной РНК, а затем на ее матрице в полисомах клетки происходит сборка относительно простых и легких по весу белковых молекул, которые мы называем интерфероном. 1974 году ученые установили, что ДНК, отвечающие а образование интерферона, расположены у человека только в хромосомах № 2 и 5.

Период образования многих и многих тысяч молекул интерферона в зараженной клетке обычно занимает от двух до шести часов. Значит, он намного короче, чем период репродукции вирусного потомства. А раз так, клетка успевает опередить агрессора и построить оружие раньше, чем масса родившихся вирусов выйдет и набросится а новые беззащитные еще клетки.

Небольшая молекула интерферона может легко проходить через клеточные оболочки. Пока в зараженной летке идет размножение вируса, интерферон уже успевает образоваться, выйти из этой зараженной клетки в кровь, в лимфу, в окружающее пространство и проникнуть в другие клетки.

Хотя к синтезу интерферона способны многие группы клеток соединительной и эпителиальной ткани, особенно активно выполняют эту работу клетки белой крови (лимфоциты).

Основатель химиотерапии микробных инфекций немецкий бактериолог П. Эрлих мечтал когда-то о синтезе химических соединений, способных излечивать любые заразные болезни без вреда для больных. Интерферон, бесспорно, первое такое идеальное лекарство.

По выраженности лечебного действия с интерфероном не могут конкурировать даже лучшие антибиотики. Исследователи рассчитали, что для лечения тяжелого гриппа вполне достаточно ввести больному в несколько приемов всего один миллиграмм чистого интерферона. Для лечения же бактериальных инфекционных заболеваний применяют, как правило, ежедневно по нескольку граммов того или иного антибиотика.

Вирусы, бактерии, цианобактерии

Вирусы в современной биологии рассматривают как одно из пяти царств живой природы. Открыты они были в 1892 г. русским ученым Д.И. Ивановским. Термин предложил М. Бейеринк в 1899 г. Вирусы являются неклеточной формой жизни, занимающей промежуточное положение между живой и неживой материей. Они состоят из ДНК (или РНК) и белка и не способны к самостоятельному синтезу белка. Свойства живых организмов они проявляют, только находясь в клетках про- или эукариот и используя их обмен веществ для собственной репродукции.

Размеры вирусов - от 15 до 2 000 нм. В сердцевине находится генетический материал (ДНК или РНК). По строению и размерам вирусы делят на простые (аденовирусы) и сложные (оспа, герпес, грипп). Встречаются собственно вирусы и бактериофаги - вирусы бактерий (описаны в 1917 г. Ф. Д"Эреллем). По влиянию на клетки хозяина встречаются литические и латентные вирусы. Снаружи вирус покрыт белковой оболочкой - капсидом, выполняющим защитную, ферментативную и антигенную функции. Вирусы более сложного строения могут дополнительно включать углеводные и липидные фрагменты.

Геном вируса попадает в бактерию в результате специфической (или неспецифической) абсорбции бактериофага на клетке хозяина. Вирусная нуклеиновая кислота «впрыскивается» в клетку, а белок остается на клеточной оболочке.

ДНК-содержащие вирусы (оспа, герпес) используют обмен веществ клетки-хозяина для синтеза своих иРНК и белков. РНК-содержащие вирусы (СПИД, грипп) инициируют либо синтез РНК вируса и его белка, либо благодаря ферментам - обратной транскриптазе или ревертазе, синтезируют сначала ДНК, а затем уже РНК и белок вируса. Таким образом, геном вируса, встраиваясь в наследственный аппарат клеткихозяина, изменяет его и направляет синтез вирусных компонентов. Вновь синтезированные вирусные частицы выходят из клетки-хозяина и внедряются в другие (соседние) клетки.

Защищаясь от вирусов, клетки вырабатывают защитный белок - интерферон, который подавляет синтез новых вирусных частиц. Интерферон используют для лечения и профилактики некоторых вирусных заболеваний. Организм человека сопротивляется действию вирусов, вырабатывая антитела. Однако к некоторым вирусам, таким как онкогенные или вирус СПИДа, специфических антител нет. Этим обстоятельством осложняется создание вакцин.

Бактерии - самые древние прокариотические клеточные организмы, наиболее широко распространенные в природе. Они играют важнейшую роль редуцентов органического вещества, фиксаторов азота, являются возбудителями заболеваний животных и человека. В медицине бактерии используют для получения антибиотиков (стрептомицин, тетрациклин, грамицидин), в пищевой промышленности - для получения молочнокислых продуктов, спиртов. Бактерии также являются объектами генной инженерии.

Клетка бактерий покрыта муреиновой оболочкой. Некоторые виды бактерий образуют слизистую капсулу, препятствующую высыханию клетки. Клеточная стенка может образовывать выросты - пили, способствующие объединению бактерий в группы, а также их конъюгации. Мембрана бактерий складчатая. На складках локализуются ферменты или фотосинтезирующие пигменты (у фотоавтотрофных бактерий). Роль мембранных органелл выполняют мезосомы - крупные впячивания мембран. В цитоплазме находятся рибосомы и включения (крахмал, гликоген, жиры). Ряд бактерий имеют жгутики. Наследственный материал бактерий содержится в нуклеоиде в виде кольцевой молекулы ДНК.

По форме бактериальной клетки выделяют:

Кокки (сферические): диплококки, стрептококки, стафилококки;

Бациллы (палочковидные): одиночные, объединенные в цепи, бациллы с эндоспорами;

Спириллы;

Вибрионы;

Спирохеты.

По способу использования кислорода бактерии бывают аэробными и анаэробными.

Размножаются бактерии делением клетки без образования веретена. Половой процесс у некоторых из них связан с обменом генетическим материалом при конъюгации. Распространяются бактерии спорами.

Болезнетворные бактерии: холерный вибрион, дифтерийная палочка, дизентерийная палочка и др.

Цианобактерии (именуемые не совсем правильно синезелеными водорослями) возникли свыше 3 млрд лет тому назад. Они представляют собой клетки с многослойными стенками, состоящими из нерастворимых полисахаридов. Встречаются их одноклеточные и колониальные формы. По строению цианобактерии сходны с бактериями. Они - фотоавтотрофы. Хлорофилл находится на свободнолежащих в цитоплазме мембранах. Цианобактерии размножаются путем деления или распада колоний; имеют способность к спорообразованию; широко распространены в биосфере; способны очищать воду, разлагая продукты гниения; вступают в симбиоз с грибами, образуя некоторые виды лишайников; являются первопоселенцами на вулканических островах и скалах.

Другой механизм защиты против вирусов - молекулярный. Ответственны за противовирусную защиту молекулы интерферонов. Они способны “интерферировать”, то есть противодействовать процессам биосинтеза вирусных частиц в клетке хозяина. Интерферон синтезируется клеткой-продуцентом в ответ на заражение вирусом и соединяется с соответствующими рецепторами на поверхности зараженных клеток. Взаимодействие цитокина (в данном случае интерферона) со своим специфическим рецептором влечет за собой передачу внутриклеточного сигнала к ядру клетки. В клетке включаются гены, ответственные за синтез белков и ферментов, препятствующих самовоспроизведению вируса. Таким образом, интерферон блокирует биосинтез вирусных частиц в зараженной клетке. Это позволяет использовать препараты интерферона в качестве лечебных при вирусных инфекциях.

Клеточные и молекулярные механизмы при защите от вирусов, как и при защите от бактерий, работают согласованно, приходя на помощь друг другу. Молекулы интерферонов, кроме антивирусного действия, оказывают влияние на функции защитных клеток. Гамма-интерферон, как уже было сказано выше, является активатором макрофагов.

Активированные гамма-интерфероном макрофаги могут пополнить армию клеток-киллеров, но только при участии специфических противовирусных антител, которые образуют своеобразные мостики между макрофагами и зараженными клетками-мишенями. Специфический ответ на вирусные антигены неизбежно вовлекает популяцию Т-хелперов, которые в ответ на активацию начинают усиленно синтезировать и секретировать интерлейкин-2. А этот цитокин известен своей способностью резко активизировать клетки-киллеры.

Иммунодефицитные состояния

Наиболее распространенной формой патологии иммунной системы является иммунологическая недостаточность, или, согласно международной терминологии, иммунодефицитные состояния (ИДС). В основе ИДС лежат нарушения генетического кода (или других структур). На уровне организма это означает неспособность иммунной системы осуществлять то или иное звено иммунного ответа. Такие нарушения могут быть либо первичными (врожденными), либо вторичными (приобретенными). Причины возникновения их в обоих случаях одни и те же - влияние вредных факторов окружающей среды. Дефекты иммунного ответа могут обнаруживаться как на уровне стволовых клеток, Т- и В-лимфоцитов, макрофагов, системы комплемента, так и на уровне ферментов, участвующих в созревании иммуноцитов или в лизисе чужеродных клеток. СПИД - общеизвестный пример приобретенной формы ИДС. В этом случае избирательно поражаются Т-хелперы и частично макрофаги после проникновения в них вирусов (ВИЧ).

Другая форма патологии иммунитета, которая может возникать после воздействия неблагоприятных факторов среды - это аутоиммунные заболевания. Основную роль здесь играют Т-супрессоры. Супрессорные Т-клетки принимают участие в поддержании неотвечаемости (иммунологической толерантности) к антигенам собственных тканей. В норме они блокируют действие аутоагрессивных Т- и В-клеток. Но в тех случаях, когда этот заслон нарушается, развиваются аутоиммунные (саморазрушительные) конфликты. Широко известно заболевание такого рода - тиреоидит (аутоиммунное заболевание щитовидной железы).

Третья форма иммунной патологии, возникающая в подобных случаях, - нарушение противоопухолевого иммунитета.

Выводы

Организм человека обладает иммунитетом - рядом защитных реакций, направленных против инфекционных агентов. Первые (немедленные) защитные реакции - это реакции неспецифические, то есть они универсально направлены против любых чужеродных клеток, вирусов, крупных молекул. Вторые защитные реакции - уже высокоспецифические, на запуск этой системы необходимо некоторое время.

Системы неспецифического (врожденного, естественного) и специфического (приобретенного) иммунитета должны рассматриваться как две стадии единого процесса защиты организма. Система врожденного иммунитета действует на основе воспаления и фагоцитоза. Система приобретенного иммунитета основана на специфических функциях лимфоцитов.

Макрофаги и лимфоциты - основные клетки иммунной системы.

Тимус - это центральный орган иммунитета, где закладываются основы клеточного типа реагирования. Отбор клеток по способности распознавать свои собственные антигены является определяющим условием дальнейшего внутритимусного развития Т-лимфоцитов.

Функции антигена (“чужой” молекулы)- найти соответствующий ему лимфоцит, вызвать его деление и дифференцировку в клетку, секретирующую антитела.

На внедрение и размножение микробов организм отвечает мобилизацией защитных клеток и продукцией защитных молекул - иммунным ответом. Чтобы иммунный ответ состоялся, оказался достаточно эффективным, выполнил свои защитные функции и был своевременно выключен за ненадобностью, необходимы четкие межклеточные взаимодействия, которые обеспечиваются цитокинами. Цитокины являются своеобразным межклеточным языком.

Одной из первых линий защиты организма от бактериальной и вирусной инфекции служат воспалительные процессы. Пока не сформировался полноценный иммунный ответ, они быстро индуцируются для ограничения распространения инфекции в первые часы и дни после заражения. Ключевую роль

в индукции воспалительных реакций играют такие цитокины (молекулярные сигналы), как фактор некроза опухолей (ФНО) и интерлейкин-1 (ИЛ-1).

Фактор некроза опухолей и гамма-интерферон относятся к важнейшим регуляторам иммунной системы организма. Проявляют они также и прямую антивирусную активность.

Другие неспецифические (врожденные) защитные реакции осуществляет система комплемента. Это многокомпонентная система белков (более 20), которые циркулируют в кровяном русле. Основные функции комплемента - распознавание, разрушение и удаление из организма генетически чужеродного материала. Кроме того, комплемент играет важную роль и в регуляции воспалительных и иммунологических реакций организма.

Специфический иммунитет принято делить на гуморальный (ответственны В-лимфоциты) и клеточный (ответственны Т-лимфоциты). Ни В-клетки, ни Т-киллеры не в состоянии развить максимально эффективную реакцию самостоятельно. Именно через процесс взаимодействия различных типов иммуннокомпетентных клеток формируется наиболее выраженный иммунный ответ.

Характерные черты специфического иммунитета - умение отличать “свое” от “не своего”, иммунологическая память, специфичность запоминания, толерантность при внутриутробном введении антигена.

Среди защитных клеток и молекул немало дублеров, способных выполнять одни и те же функции. Клетки, связанные друг с другом посредством цитокинов, образуют своеобразную сеть. Она служит для многоканальной передачи сигналов от клетки к клетке, обеспечивает восприятие этих сигналов и соответствующий ответ. Информация от клетки к клетке передается в виде молекул цитокина.

Система комплемента резко усиливает действие антител. Комплемент сообщает комплексу антител - антитело токсичность, средство к фагоцитирующим клеткам и способность вызывать воспаление.

Система программируемой клеточной смерти - существенный фактор иммунитета, поскольку гибель зараженной клетки может предотвратить распространение инфекции по организму.

Заключение

Мы рассмотрели сложную и индивидуально целесообразно устроенную систему защитных реакций организма. Одной из важнейших проблем современной биологии является вопрос о том, как и из чего она могла возникнуть в процессе эволюции. Подходы к этой проблеме лишь только намечаются.

Ясно, что защиту организма от внешней и внутренней биологической агрессии иммунная система обеспечивает путем двух основных механизмов - распознавания и разрушения чужеродных молекул и клеток. Это достигается благодаря слаженной работе иммуноцитов различного функционального предназначения. Основным молекулярным инструментом для реализации иммунного ответа служат антитела и поверхностные рецепторы. Причем те и другие могут выполнять как функцию распознавания, так и функцию разрушения чужеродных тел. Межклеточная связь между иммуноцитами выполняют интерлейкины, интерфероны и другие медиаторы. Нарушение этих механизмов приводит к различным формам иммунопатологии, опасной для здоровья и жизни.

Список литературы

1. Абелев Г.И. Основы иммунитета. - “Соросовский Образовательный журнал”, 1996г., №5, С. 4-10.

2. Абелев Г.И. Воспаления. - “Соросовский Образовательный журнал”, 1996г., №10,

3. Агол В.И. Генетически запрограммированная смерть клеток. - “Соросовский Образовательный журнал”, 1996г, №10, С. 28-32.

4. Блинкин С.А. В мире незримого. - М., “Знание”, 1976г., С.112.

Задания уровня A

А1. Какая наука изучает особенности внешнего строения живых организмов?
3) морфология

А2. Немецкие учёные М. Шлейден и Т. Шванн являются основоположниками теории
3) клеточной

A3. Запасным углеводом в растительной клетке является
1) крахмал

А4. Сколько хромосом в соматических клетках плодовой мухи-дрозофилы, если в её половых клетках содержится 4 хромосомы?
3)8

А5. Защищаясь от вирусов, клетки вырабатывают белок
2) интерферон

А6. Размножение инфузории туфельки может происходить в результате
3) деления и конъюгации

А7. Особей, образующих несколько видов гамет и дающих расщепление признаков в потомстве, называют
3) гетерозиготными

А8. Какой из приведённых ниже вариантов дигибридного скрещивания между мышами предоставляет наилучшую возможность получить в одном помёте мышь с генотипом ААВЬ?
2) АаВЬ х ААВЬ

А9. Изменчивость, при которой изменяется только фенотип,
1) модификационная

А10. Споры на пластинках плодового тела образуются у
3) рыжика

A11. Корневые клубни образуются
3) из боковых и придаточных корней

А13. На рисунке схематически изображена система органов белой планарии
3) нервная

А14. У птиц, в отличие от млекопитающих,
4) размножение яйцами

А15. Вид ткани, для которой характерно минимальное содержание межклеточного вещества,
1) эпителиальная

А16. Надкостница не может обеспечить
1) рост кости в длину

А17. Эритроциты вырабатываются в
1) красном костном мозге

А18. Пучки длинных отростков нейронов, покрытые соединительнотканной оболочкой и расположенные вне центральной нервной системы, образуют
1) нервы

А19. Какой витамин следует включить в рацион ребёнка, чтобы он не заболел рахитом?
4) D

А20. К какому критерию вида следует отнести различия в строении соцветий у колокольчика раскидистого и колокольчика сборного?
3) морфологическому

А21. Примером внутривидовой борьбы за существование служат отношения между
4) волками двух разных стай

А22. Утрата конечностей и одинаковая вытянутая форма тела у червяг, безногих ящериц и змей является результатом
2)параллелизма в эволюции

А23. К социальным факторам антропогенеза относят
1) появление речи

А24. Взаимоотношения организмов разных видов, нуждающихся в одинаковых пищевых ресурсах, укладываются в схему
3) конкуренция

А25. В биогеоценозе луга к продуцентам относят
1) травы

А26. Способностью к саморегуляции обладает оболочка Земли
1) биосфера

А27. Плохо растворимые в воде соединения не встречаются среди
4) нуклеотидов

А28. Свободный кислород (02) образуется в процессе фотосинтеза в результате расщепления
2)Н20

А29. Какая фаза деления клетки изображена на рисунке?
3) анафаза

АЗ0. При скрещивании двух гетерозиготных растений гороха с жёлтыми и гладкими семенами АаВЪ соотношение расщепления признаков по фенотипу у гибридов первого поколения составит
1) 9: 3: 3: 1

А31. Из методов, применяемых в селекции, не сопровождается изменением генетических свойств организмов
4) клонирование

А32. Зубы растут в течение всей жизни у представителей млекопитающих животных отряда
4) Грызуны

АЗЗ. Объём воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха, называют
2) дыхательным объёмом

А34. Ответная реакция собаки на команду хозяина - это пример рефлекса
1) условного

А35. Среди перечисленных примеров ароморфозом является
3) появление цветка и покрытосеменных растений

А36. Функции «главного абиотического редуцента» в наземных экосистемах выполняют
1) бактерии

Задания уровня В

Выберите три правильных ответа из шести предложенных.

В1. В растительной клетке двойную мембрану имеют
1) ядро
2) митохондрии
5) хлоропласты

В2. Для осуществления газообмена у всех животных необходимо наличие
3) процесса диффузии
4) тонких и влажных поверхностей
5) воды или воздуха, содержащих кислород

ВЗ. Из названных признаков, возникших в ходе эволюции, примерами идиоадаптаций являются
2) волосяной покров млекопитающих
3) наружный скелет беспозвоночных
5) роговой клюв у птиц

Установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов.

В4. Установите соответствие между признаком организма и царством, для которого он характерен.
ЦАРСТВА
1) Грибы
2) Растения
ПРИЗНАК
A) наличие в клетках пластид Б) наличие в клетках крупных вакуолей
B) запасное вещество - крахмал Г) запасное вещество - гликоген Д) преимущественно гетеротрофы Е) преимущественно автотрофы

В5. Установите соответствие между сосудом кровеносной системы и кругом кровообращения, к которому он принадлежит.
СОСУД КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЫ
A) аорта
Б) лёгочная вена
B) лёгочная артерия Г) верхняя полая вена Д) нижняя полая вена Е) сонные артерии Ж) печёночная вена
КРУГИ
КРОВООБРАЩЕНИЯ
1) большой круг
2) малый круг

В6. Установите соответствие между процессом и видом обмена веществ, к которому он принадлежит.
ПРОЦЕСС
A) образование аминокислот в пищеварительном тракте
Б) синтез белков на рибосомах
B) синтез жиров
Г) образование гликогена
Д) образование глюкозы из гликогена печени
Е) синтез АТФ
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
1) энергетический 2) пластический

Установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий.

В7. Установите последовательность возникновения нарушений в функционировании растительного организма, вызванную регулярным поливом водой с повышенным содержанием в ней минеральных солей, например хлорида калия.
А) пассивный транспорт солей с током воды в клетки растения
Б) плазмолиз в клетках корня
В) общий дефицит воды в условиях интенсивной транспирации
Г) в почве создаётся резко отрицательный осмотический потенциал
Д) гибель растения
Е) повреждение плазмалеммы клеток корня

В8. Установите последовательность процессов, вызывающих смену экосистем.
A) уменьшение ресурсов, необходимых для существования исходных видов
Б) заселение среды обитания особями других видов
B) сокращение численности исходных видов
Г) изменение среды обитания в результате действия экологических факторов
Д) формирование новой экосистемы

Задания уровня С

Дайте краткий свободный ответ.

С1. С какой целью при пересадке рассады проводят пикировку (прищипывают кончик корня)?
1) При пикировке удаляется кончик главного корня, что приводит к росту боковых корней.
2) В результате увеличивается площадь питания растений.

Дайте полный развёрнутый ответ.

Неправильные ответы:
2) Среди грибов встречаются одноклеточные организмы, например, дрожжи.
3) Среди грибов отсутствуют автотрофы.
4) Клеточные стенки грибов состоят из хитина.

СЗ. Почему эвглену зелёную одни учёные относят к растениям, а другие - к животным? Укажите не менее трёх причин.
Ответ:
1) как растения, эвглена зеленая содержит в клетках хлорофилл (осуществляет процесс фотосинтеза)=>питание фотоавтотрофное;
2) как все животные, способна к фагоцитозу=> питание гетеротрофное;
3)как животные, способна к передвижению.

С4. Во многих населённых пунктах принято собирать в кучу и сжигать на месте опавшие листья. Дайте экологическую оценку этим действиям.
При сжигании растительности в воздух выделяется дым, в состав которого входят пыль, угарный газ, окиси азота и ряд соединений канцерогенного типа, также диоксины - одни из самых ядовитых веществ для человека. Чтобы опалая листва не подкисляла почву, лучше утилизировать опавшие листья с пользой для окружающей среды, а именно, компостировать.

С5. При росте клеток происходит увеличение их объёма, однако установлено, что количество цитоплазмы при этом остаётся неизменным. Дайте объяснение этому явлению.
При росте клеток количество цитоплазмы в основном увеличивается на первых стадиях, далее происходит дифференциация и рост клеточных органелл, клетки становятся специализированными и приобретают необходимую форму, размеры в соответствии с выполняемыми функциями.

С6. Отсутствие малых коренных зубов у человека наследуется как доминантный аутосомный признак. Определите возможные генотипы и фенотипы родителей и потомства, если один из супругов имеет малые коренные зубы, а у другого они отсутствуют и он гетерозиготен по этому признаку. Какова вероятность рождения детей с этой аномалией?
Ответ:
1) Генотипы и фенотипы Р: аа - с малыми коренными зубами, Аа - без малых коренных зубов;
2) генотипы и фенотипы потомства: Аа - без малых коренных зубов, аа - с малыми коренными зубами;
3) вероятность рождения детей без малых коренных зубов - 50%.

Глава 4.2. Механизмы противовирусной защиты

К наиболее изученным механизмам защиты клеток млекопитающих и птиц от вирусной инфекции относят выработку клетками в большем или меньшем объеме специфических низкомолекулярных гликопротеинов, получивших название интерфероны (от лат. inter  «взаимно, между собой» и ferio  «ударяю, поражаю»).

Интерферон (IFN) был открыт в 1957 г. А. Айзексом и Ш. Линденманном при изучении явления интерференции вирусов. Вирус гриппа при размножении в культуре куриной эмбриональной ткани способствовал синтезу фактора, выделяемого клетками в питательную среду и делающего новые куски добавляемой в среду той же ткани невосприимчивыми к вирусной инфекции. По мнению авторов, выработка этого фактора и лежала в основе явления интерференции (антагонизма) вирусов, поэтому они назвали открытый ими фактор интерфероном, а потом показали, что это видоспецифичный белок, который образуется почти во всех ядерных клетках.

При заражении клетки вирусначинает размножаться. Клетка-хозяин в ответ на вирусную инфекцию начинает продуцировать интерферон, выходящий из клетки и вступающий в контакт с соседними клетками (рис. 4.10). Взаимодействие с интерфероном делает эти клетки невосприимчивыми к вирусу путем подавления синтеза вирусных белков и в некоторых случаях сборки и выхода вирусных частиц. Интерферон, не обладая прямым противовирусным действием, вызывает такие изменения в клетке, которые препятствуют размножению вируса. Конечным результатом действия интерферона

Рис. 4.10. Схема воздействия интерферонов (IFN, , ) на клетку и спектр их биологических активностей: противовирусная защита, стимуляция иммунного и воспалительного ответа и т. д. Вирусные частицы изображены шестиугольниками. Слева  аутокринное действие интерферона: клетка, подвергшаяся вирусной инфекции или антигенной стимуляции, синтезирует в ответ IFN, , , выходящие из клетки и связывающиеся с мембранными рецепторами к интерферонам той же клетки. Справа  паракринное действие интерферона на соседние клетки. Через систему проведения сигнала Jak-STAT от интерферона в ядро клетки индуцируются экспрессия IFN-зависимых генов (локализация которых у человека указана номерами хромосом  Ch) и наработка белков, ответственных за подавление репродукции вируса (cогласно )

можно рассматривать образование барьера из устойчивых к вирусу неинфицированных клеток вокруг очага инфекции для ограничения ее распространения. Интерфероны играют большую роль именно в борьбе с вирусами, а не в предотвращении вирусных инфекций. Образование интерферона могут стимулировать как интактные вирусы, так и инактивированные вирусы, двухцепочечные РНК, синтетические двухцепочечные олигонуклеотиды.

Интерферон неспецифичен, универсален, защищает организм от любых вирусов в первые же часы после заражения, пока не мобилизуются основные силы защиты, а именно антитела, направленные уже против конкретного вируса.

Интерферон не проникает в клетку, а связывается с рецепторами на мембране выделившей его клетки (аутокринное действие) или соседних клеток (паракринное действие), вызывая внутриклеточную продукцию веществ, подавляющих размножение вирусов, и воздействуя на аппарат клетки так, что она становится непригодной для размножения вирусов (см. рис. 4.10).

Пораженная вирусом клетка погибает из-за проникновения в нее вируса, но при этом, вырабатывая интерферон, усиливает защиту соседних клеток от вирусов. Интерферон, выделенный пораженной клеткой, током крови разносится по всему организму и активизирует защитные реакции.

4.2.1. Классификация интерферонов. В зависимости от антигенных и физико-химических характеристик, способа индукции, эффективности и механизмов действия интерфероны подразделяются на два типа: интерфероны I типа  IFN1 и интерфероны II типа  IFN2.

По антигенной специфичности интерфероны делятся на три класса: -лейкоцитарный, образующийся в ядерных клетках крови (гранулоцитах, лимфоцитах, моноцитах); -фибробластный, вырабатываемый клетками кожно-мышечной, соединительной и лимфоидной ткани; -иммунный, синтезируемый Т-лимфоцитами совместно с макрофагами, естественными киллерами. Первые два интерферона относятся к IFN1, последний  к IFN2. Выработка IFN1 индуцируется во всех ядерных клетках в ответ на чужеродную генетическую информацию: высокоэффективными индукторами синтеза интерферона выступают вирусы, двуцепочечные РНК (рис. 4.11), синтетические полинуклеотиды. IFN2 вырабатывается только двумя видами ядерных клеток: Т-лимфоцитами в процессе активации, т. е. при взаимодействии с антигенпредставляющим макрофагом, и естественными киллерными клетками  при взаимодействии с клетками-мишенями. Индукторами -интерферона являются также митогены Т-лимфоцитов: стафилококковый энтеротоксин, некоторые лектины.

Рис. 4.11. Активация с помощью двухцепочечной РНК 2",5"-олиго-аденилатсинтетазы (OAS) и протеинкиназы PKR. OAS катализирует синтез 2",5"-олигоаденилатов, являющихся индукторами рибонуклеазы L путем перевода ее из неактивной мономерной формы в активный димер, гидролизующий мРНК и рРНК. Активированная связыванием с двухцепочечной РНК димерная форма PKR фосфорилирует фактор инициации трансляции eIF2, который, связываясь с фактором инициации трансляции eIF2В в комплекс, ингибирует инициацию трансляции вирусной мРНК на рибосомах (согласно )

Известно около двадцати -лейкоцитарных интерферонов, различающихся первичной последовательностью, типом клеток-продуцентов и типом индуктора. Это кислотоустойчивые, в основном негликозилированные белки молекулярной массой 1825 kDa. Они синтезируются в виде предшественника, от которого отщепляется сигнальный пептид длиной 23 аминокислотных остатка с образованием зрелых интерферонов, содержащих 165166 аминокислотных остатков. У человека наиболее часто встречаются  1 -,  2 -,  3 -интерфероны, содержащие на N-конце молекулы остаток цистеина, участвующего в образовании одной из двух имеющихся в молекуле интерферона дисульфидных связей. Использование восстановителей (например -меркаптоэтанола) приводит к потере активности данного интерферона. -Интерфероны проявляют антивирусную, иммунорегуляторную и антиопухолевую активности.

-Фибробластный интерферон  кислотоустойчивый, гликозилированный белок молекулярной массой 20 kDa, содержащий 166 аминокислотных остатков, синтезируется в виде предшественника. Для образования зрелого белка необходимо отщепление сигнальной последовательности длиной 21 аминокислотных остатка. По своему биологическому действию сходен с -нтерфероном, взаимодействует с теми же клеточными рецепторами, что и последний.

-Иммунный интерферон кислотолабилен, имеет два сайта гликозилирования, поэтому встречается в трех видах: негликозированнный с молекулярной массой 15 kDa, гликозилированный по одному из сайтов (20 kDa) и по обоим сайтам (25 kDa). -Интерферон содержит 143 аминокислотных остатка, отщепление от С-конца пептидов разной длины приводит к гетерогенности препаратов -интер- ферона. После отщепления сигнального пептида, состоящего из 23 аминокислотных остатков, у-интерферона образуется блокированный (не содержит свободной NH 2 -группы) N-конец в виде пиро- глутаматного остатка. -Интерферон действует на другие клеточные рецепторы, нежели- и -интерфероны, и отличается от последних менее выраженной антивирусной и более выраженными иммунорегуляторной и антиопухолевой активностями.

Лейкоцитарный -интерферон кодируется у человека семейством генов (примерно 20), расположенных в хромосоме 9; фибробластный -интерферон  единственным геном, расположенным также в 9-й хромосоме; иммунный -интерферон кодируется единственным геном, но расположенным в хромосоме 12.

4.2.2. Механизм действия интерферона. Противовирусное действие, модуляция иммунного и воспалительного ответов, регуляция пролиферации и дифференцировки клеток осуществляется интерферонами путем стимуляции транскрипции IFN-индуцируемых генов, кодирующих различные белки. Некоторые из этих белков являются транскрипционными факторами, которые участвуют в регуляции экспрессии генов, в том числе и генов IFN. Это приводит к формированию сложной генной сети, регулирующей функционирование системы IFN, т. е. системы регуляции процессов индукции и действия IFN.

Как упоминалось выше, для проявления биологической активности выделенный пораженной вирусом клеткой интерферон должен связаться с мембранными рецепторами этой же или соседних клеток.

4.2.2.1. Янус-киназы (J ak ). В последующей внутриклеточной передаче сигнала участвуют Янус-киназы (Jak), сопряженные с рецепторами IFN/R (JAK1 и Tyk2) и IFNR (JAK1 и JAK2), и факторы транскрипции STAT (сигнальный белок-трансдуктор и активатор транскрипции), от которых сигнал поступает непосредственно к промоторам генов-мишеней в ядре без участия вторичных посредников. Янус-киназы фосфорилируют некоторые остатки тирозина факторов транскрипции, после чего активированные факторы транскрипции переносятся в ядро и индуцируют транскрипцию специфических клеточных генов. Ниже мы подробнее рассмотрим этот путь передачи сигнала от интерферона в ядро.

Семейство Янус-киназ в клетках млекопитающих малочисленно и представлено только четырьмя JAK-белками: JAK1, JAK2, JAK3 и TYK2. Это сравнительно большие киназы, состоящие более чем из 1100 аминокислотных остатков с молекулярной массой 120−130 kDа. JAK имеют семь доменов. Cтруктурная организация Янус-киназы представлена на рис. 4.12. С-концевой тирозинкиназный JH1 домен имеет черты, объединяющие его с другими тирозинкиназными доменами. Отличительной чертой семейства Янус-киназ среди всех тирозинкиназ млекопитающих является существование тандема киназного (JH1) и псевдокиназного (JH2) доменов. Наличие последнего и определяет название Янус-киназ, поскольку только они среди всех тирозинкиназ млекопитающих имеют псевдокиназный домен. Как двуликий Янус, Янус-киназы также имеют "два лица". Функция псевдокиназного домена, по-видимому, заключается в регуляции ка- талитической активности. Мутации или делеции в этом регионе могут приводить к ингибированию или повышению каталитической функции Янус-киназ в зависимости от конкретного расположения возникшей мутации. N-концевой участок Янус-киназы отвечает за связывание JAK с соответствующим рецептором интерферона. На рис. 4.13 приведена модель пространственной структуры JAK1 в комплексе с одним из субстратов, а именно АТР. Из рисунка видно, что N-концевая часть домена состоит из -складчатых структур, в то время как С-концевая часть представлена -спиралями. Активный центр JAK1 расположен в углублении на стыке этих двух структурных областей.

Рис. 4.12. Структурная организация Янус-киназы. JH  область гомологии Янус-киназы (JAK): JH1  киназный домен, JH2  псевдокиназный домен; SH2  домен гомологии 2 src; FERM-domain  участок связывания рецептора интерферона (согласно )

Янус-киназы связываются с рецепторами интерферона после образования комплекса интерферон-рецептор (рис. 4.14). Связывание интерферонов с рецепторами I и II типов предположительно приводит к гомо- или гетеродимеризации субъединиц рецептора, которые оказываются напротив Янус-киназ. Рецептор IFN/ (IFNAR), подобно рецептору инсулина, представляет собой гетеротетрамер, состоящий из двух субъединиц IFNАR1 и двух субъединиц IFNАR2, обозначаемых так же, как - и -субъединицы. Рецептор IFN (IFNGR) является гетеродимером, состоящим из субъединицы

Рис. 4.13. Модель пространственной структуры киназного домена JAK1 в комплексе с АТР. N-конец киназного домена вверху и состоит из -складчатых структур, С-конец внизу и представлен -спиралями (согласно )

IFNGR1 (молекулярной массой 90 kDa) и субъединицы IFNGR2 (молекулярной массой 62 kDa). Янус-киназы находятся в комплексе IFN  IFNR, фосфорилируются, что приводит к повышению их каталитической активности. При гетеродимеризации рецепторов к интерферонам встречается также гетеродимеризация различных JAK, которые при этом активируют друг друга с помощью трансфосфорилирования (в случае IFNАR -субъединица связывается с TYK2; в то время как -субъединица  с JAK1, в случае IFNGR субъединица IFNGR1 связывается с JAK1; а субъединица IFNGR2  с JAK2) (см. рис. 4.14, А , Б1 ). После активации Янус-киназ они фосфорилируют субъединицы рецептора по тирозиновым остаткам, делая возможным cвязывание с фосфорилированным рецептором белков, содержащих SH2- или тирозинсвязывающие домены. В данном случае эти белки  STAT (Signal Transducer and Activator of Тranscription − сигнальный белок-трансдуктор и активатор транскрипции), фосфорилируемые Янус-киназами.

Продолжение подписи к рис. 4.14 см. стр. 25: Янус-киназы в результате образования комплекса активируются, трансфосфорилируют друг друга и фосфорилируют субъединицы рецептора; б , 1 функция IFNАR2 заключается в связывании JAK1 и STAT белков до взаимодействия с интерфероном, но неизвестно, какой остаток Tyr подвергается фосфорилированию; б, 2  с фосфорилированным Tyr466 IFNАR1 взаимодействует STAT2 через свой SH2-домен. Янус-киназа фосфорилирует STAT2 (р113) по Tyr690; б , 3  фосфорилированный STAT2 связывает SH2-домен STAT1 (р91), который также фосфорилируется Янус-киназой по Tyr701. Гетеродимерный комплекс STAT1STAT2 с одним контактом SH2-домен  фосфотирозин отщепляется от рецептора, изомеризуется в комплекс с двумя контактами SH2-домен  фосфотирозин, переносится в ядро, по пути связывает р48 (IRF9) и превращается в фактор транскрипции ISGF3. В ядре ISGF3 взаимодействует с элементом ДНК, называемым ISRE (IFN-stimulated gene response element  область узнавания IFN-зависимых генов), и активирует транскрипцию IFN/-зависимых генов. В случае IFN последовательность событий та же самая с небольшими модификациями. Субъединицы рецептора IFNGR1 и IFNGR2 взаимодействуют с Янус-киназами: JAK1 и JAK2. Последние фосфорилируют STAT1, образующий после модификации гомодимерный комплекс. После транслокации в ядро гомодимер связывается в качестве транскрипционного фактора, называемого GAF (-activation factor  фактор активации интерфероном ), с GAS (-interferon activation site), элементом ДНК, активируемым IFN (согласно )

4.2.2.2. STAT- белки . У млекопитающих имеется 7 STAT: STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5A, STAT5B и STAT6. Отличительными чертами семейства транскрипционных факторов STAT является наличие SH2-доменов и способность к фосфорилированию входящего в их состав тирозина.

Давайте вспомним, что такое SН2-домен. SН2-домен (домен, гомологичный второму домену белка Src)  второй модулирующий участок (аминокислотные остатки 141260), который контролирует спектр белков, взаимодействующих с семейством Src (вируса саркомы Рауса). SH2-домены белков узнают короткую аминокислотную последовательность, несущую фосфотирозин. Специфичность индивидуальных SН2-доменов определяется тремя-пятью остатками, следующими за тирозином. За счет взаимодействия SH2-доменов одних молекул STAT с фосфотирозинсодержащими последовательностями других молекул STAT образуются гомо- и гетеродимеры.

Рис. 4.15. Пространственная структура димера STAT1 в комплексе с ДНК (изображена кругом посредине структуры). Спираль-спиральный домен внизу по бокам структуры белка, ДНК-связывающий домен  в центре , линкерный домен  выше над ДНК-связывающим доменом, SH2- и тирозинактивирующий домены  вверху . Буквами N и С обозначены концы димеров STAT (согласно )

Биохимическими, генетическими и рентгеноструктурными исследованиями было установлено, что молекула STAT состоит из семи консервативных доменов: N-концевого, спираль-спирального, ДНК-связывающего, линкерного, SH2-, тирозинактивирующего и активирующего транскрипцию. Пространственное строение димерной формы STAT приведено на рис. 4.15. Каждый из доменов STAT играет определенную роль в функционировании этого белка. Так, N-концевой домен участвует в димеризации неактивных мономерных форм STAT, во взаимодействии с элементом ДНК GAS, а также в транспорте STAT-димеров в ядро и из него. Спираль-спиральный домен, состоящий из четырех -спиралей и образующий протяженную гидрофильную поверхность, ответственен за связывание с регуляторными соединениями, например, с p48 (IRF9) во время образования активного транскрипционного фактора ISGF3. ДНК-связывающий домен содержит антипараллельные -складчатые слои, подобно тем, которые наблюдаются у вариабельного домена иммуноглобулина G (для сравнения см. рис. 4.3). Этот домен непосредственно связывается с GAS в промоторной части IFN-индуцируемых генов. Наиболее консервативным доменом в структуре STAT выступает SH2-домен, с помощью которого осуществляется взаимодействие с мембранным рецептором цитокинов (в данном случае рецептором интерферона), что позволяет активировать STAT путем фосфорилирования остатков тирозина с последующей димеризацией мономерных форм STAT. Тирозинактивирующий домен, содержащий остатки тирозина, также способствует ассоциации отдельных молекул STAT в активные олигомерные формы. Активирующий транскрипцию домен (TAD), расположенный на С-конце молекулы STAT, является наиболее вариабельным доменом у белков, входящих в семейство STAT, так как позволяет связывать всевозможные активаторы транскрипции (ацетилтрансферазы гистонов, СВР/р300 и т. д.). Кроме того, фосфорилирование некоторых остатков Ser в TAD увеличивает стабильность молекулы STAT, в то время как отсутствие модификации в этом домене приводит к быстрой убиквитин-зависимой деградации белка.

STAT белки находятся в цитоплазме в неактивном состоянии. После активации Янус-киназами STAT димеризуются: в случае IFN/ образуется комплекс STAT1 (р91)  STAT2 (р113) с одним контактом SH2-домен  фосфотирозин. Димер покидает рецептор, при этом происходит изомеризация в комплекс STAT1STAT2 с двумя контактами SH2-домен  фосфотирозин (ISGF3), который транслоцируется в ядро, взаимодействуя с представителем семейства IFN-регулируемых факторов р48 (ISGF3, Interferon Stimulated Gene Factor  генный фактор, стимулированный интерфероном), образует активный транскрипционный фактор ISGF3, взаимодействующий с элементом ДНК, расположенным в промоторной части IFN/-зависимых генов и получившим наименование ISRE (IFN-Stimulated gene Response Element  область узнавания IFN-зависимых генов) (см. рис. 4.14). Все три белка, принимающие участие в образовании гетеромерного комплекса ISGF3, контактируют с ДНК. ISRE представляют собой 1314-нуклеотидные последовательности c консенсусом AGTTTCNNTTTCNPy. В случае IFN из двух модифицированных молекул STAT1, как видно из рис. 4.14, образуется транскрипционный фактор GAF (-activation factor  фактор активации интерфероном ), проникающий в ядро клетки, где он связывается в промоторной области IFN-зависимых генов с GAS (-interferon Activation Site  участок активации интерфероном ), элементом ДНК, активируемым IFN. Эти элементы представляют собой палиндромную последовательность ТТ(N) n АА.

4.2.3. Продукты IFN- индуцируемых генов . Индукция интерфероном специфических генов вызывает два типа ответов: ранний (первичный) и поздний (вторичный). При раннем ответе индукция генов связана с активацией латентных транскрипционных факторов, осуществляемой несколькими путями: 1) удалением белка, маскирующего действие фактора; 2) модификацией фактора; 3) формированием гомо- или гетеромерных транскрипционных комплексов. При позднем ответе индукция генов связана с индуцированным синтезом транскрипционных факторов, отсутствующих в нестимулированной клетке.

Как уже говорилось выше, действие интерферонов приводит к активации транскрипции IFN-зависимых генов. Продуктами этих генов являются транскрипционные факторы, ферменты, нуклеотид- связывающие белки, антигены главного комплекса гистосовместимости классов I и II, регуляторные белки, лимфоцитарные антигены, некоторые цитокины и их рецепторы, Fс-рецепторы, высокоаффинные к IgG.

С помощью продуктов IFN-индуцируемых генов осуществляется весь спектр биологических активностей IFN: развитие противовирусного состояния; ингибирование клеточной пролиферации; модуляция иммунного и воспалительного ответов; стимуляция фагоцитоза и представление антигенов макрофагами; активация цитотоксичности натуральных киллеров; регулирование дифференцировки Т- и В-лимфоцитов.

С развитием противовирусного состояния связана индукция синтеза некоторых ферментов, участвующих в подавлении репродукции вируса: 2",5"-олигоаденилатсинтетазы, дцРНК-зависимой протеинки-назы PKR (протеинкиназы фактора инициации синтеза белка  еIF2), РНК-зависимой дезаминазы (ADAR), белков Мх.

4.2.3.1. 2",5"-Олигоаденилатсинтетаз а. В присутствии двухцепочечной РНК, служащей индуктором для 2",5"-олигоаденилатсин-тетазы (OAS) (в незараженных вирусом клетках фермент не активен) (cм. рис. 4.11), фермент катализирует полимеризацию АТР с образованием олигоаденилатов с необычной 2",5"-фосфодиэфирной связью (схема 1).

(1)

В клетке существует несколько изоформ OAS, различающихся размерами: малая (р40/р46), средняя (р69), большая (р100). Каждая из изоформ кодируется своим IFN-индуцируемым геном. Кроме того, в результате альтернативного сплайсинга каждого гена внутри каждого типоразмера OAS существует множество форм фермента, различающихся С-концевыми последовательностями. В нативной форме малая OAS существует как тетрамер, средняя как димер, а большая форма представляет собой мономер.

По своему пространственному строению и механизму действия OAS относится к семейству ДНК-полимеразы . Каталитическая реакция синтеза 2",5"-олигоаденилата осуществляется триадой остатков глутаминовой кислоты (D74, D76, D147), что является характерной особенностью механизма действия большинства ДНК- и РНК-полимераз. На рис. 4.16 представлена пространственная структура OAS (р40). В отличие от протеинкиназы PKR OAS не имеет отдельного домена для связывания индуктора  двухцепочечной РНК, содержащей не менее 30 пар нуклеотидов. Индуктор связывается в положительно заряженной бороздке фермента, далее после изменения конформации открывается вход в активный центр OAS.

Рис. 4.16. Пространственная структура OAS (р40). N-концевая последовательность изображена внизу , начиная с цифры 1, каталитический домен с триадой остатков глутаминовой кислоты (D74, D76, D147)  слева , линкерный домен  вверху , С-концевой домен  справа (согласно )

В зависимости от размера белка варьирует длина 2",5"-олигоаде- нилата, синтезируемого OAS: от гексамера, синтезируемого процессивно малой OAS, до 30-мера, образуемого непроцессивно средней формой. Большая форма синтезирует димерный 2",5"-олигоаденилат, который не способен быть индуктором для других ферментов, поэтому участие р100 в активации белков, ответственных за противовирусное действие интерферона, пока остается неясным.

2",5"-Олигоаденилаты, содержащие не менее трех нуклеотидных остатков, активируют латентную рибонуклеазу L, переводя ее из неактивной мономерной формы в активный димер, разрушающий одноцепочечные РНК (мРНК и рРНК) как вирусного, так и клеточного происхождения с образованием на 3"-конце последовательности UpU или UpA. Распад РНК приводит к ингибированию элонгации и снижению скорости синтеза белков, в том числе вирусных. Фермент конституционно присутствует в большинстве клеток и увеличивает свою активность в десятки раз при взаимодействии клеток с интерфероном.

Рибонуклеаза L, белок молекулярной массой 83 kDa, содержит 741 аминокислотный остаток. Белок состоит из трех доменов: N-концевого регуляторного, содержащего девять анкирин-подобных участков; протеинкиназоподобного и С-концевого РНК-азного (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Доменная структура рибонуклеазы L. N-концевой регуляторный домен, состоящий из девяти анкирин-подобных участков (анкириновые повторы), связывает активатор  2",5"-олигоаденилат (2-5A сенсор). Центральный протеинкиназоподобный домен необходим для димеризации и активации рибонуклеазы L. Каталитический РНК-азный домен расположен на С-конце молекулы фермента (согласно )

Что же такое анкириновый повтор? Анкириновые повторы, сформировавшиеся в ходе эволюции как универсальный белковый модуль, обеспечивают взаимодействия между белками, а также между белками и нуклеиновыми кислотами и достаточно часто присутствуют в структуре различных белков. Каждый анкириновый повтор состоит из двух -спиралей, между которыми находится петля -шпильки. Множественные повторы создают структуру, в которой спираль-спиральные взаимодействия формируют центральное ядро, а концы -шпилек, экспонированные наружу, служат сайтами для взаимодействий белок-белок и белок-нуклеиновая кислота. Модельная структура анкиринового повтора и структура N-концевого регуляторного участка рибонуклеазы L, содержащего несколько анкириновых повторов, приведена на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Структура анкиринового повтора: модельная теоритическая структура анкиринового повтора (слева ); структура N-концевого регуляторного домена рибонуклеазы L, содержащего девять анкирин-подобных участков, в комплексе с 2",5"-олигоаденилатом, полученная методом рентгеноструктурного анализа (справа ). Каждый анкириновый повтор состоит из двух -спиралей, между которыми находится петля -шпильки. Спираль-спиральные взаимодействия формируют центральное ядро, изображенное слева в виде цилиндра, а концы -шпилек создают участки для взаимодействий белок-белок и белок-нуклеиновая кислота. Справа видно, что 2",5"-олигоаденилат образует контакты с -шпильками анкириновых повторов R2 и R4 (согласно )

Биохимическими, генетическими и рентгеноструктурными исследованиями было обнаружено, что второй и четвертый анкирин-подобные участки связывают активирующий РНКазу L 2",5"-олиго-аденилат (рис. 4.18). Как видно на рис. 4.19, в отсутствие активатора регуляторный домен РНК-азы L (ANK) взаимодействует с протеинкиназоподобным (РК) и РНК-азным (RN) доменами, препятствует димеризации белка и образованию активного центра на поверхности раздела двух RN доменов. Связывание 2",5"-олигоаденилата в регуляторном домене вызывает изменение конформации этого домена, его компактизацию и высвобождение протеинкиназоподобного и РНК-азного доменов, которые способны теперь к димеризации и переходу в активное состояние, так как каталитически активный РНК-азный центр формируется из аминокислотных остатков димера РНК-азы L. РНК-аза L может связывать свои субстраты в отсутствие активатора, но гидролизовать их не способна, так как для этого необходима димеризация фермента, имеющая место только в присутствии 2",5"-олигоаденилата.