Информация

Откуда берется обратная транскриптаза?

Откуда берется обратная транскриптаза?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Я не могу понять, обеспечивают ли вирусы обратную транскриптазу, или их РНК имеет код для этого, или клетка-хозяин обычно содержит ее. Несколько источников просто вводят фермент, не объясняя, кто его предоставляет и откуда. Очевидно, и у клетки-хозяина, и у вирусов есть процессы, зависящие от обратной транскриптазы, так что я думаю, ответ все выше / зависит от случая?


Я собирался написать ответ, в котором говорилось, что все обратные транскриптазы являются вирусными генами / белками, но затем википедия напомнила, что теломераза технически также является обратной транскриптазой.

Чтобы ответить на ваш (главный?) Вопрос:

Я не могу понять, предоставляют ли вирусы обратную транскриптазу или в их РНК есть код для этого.

Ретровирусы имеют (почти по определению) код обратной транскриптазы в своем геноме. Однако у них также есть фермент (или, скорее, неактивный профермент), упакованный в вирусный капсид. Обратная транскриптаза является частью гена Pol.
Есть некоторые другие вирусы, которые также используют обратную транскрипцию, но не являются ретровирусами - в этих случаях я не уверен, но предполагаю, что в их геноме также есть ОТ.

Теперь вернемся к элементам теломеразы и ретротранспозона:

Это древние гены / элементы в геноме эукариот, которые в основном делают то же самое, что и обратные транскриптазы вирусов: они производят ДНК из РНК.
Считается, что ретротранспозоны - это вирусные дополнения к геному, собранные в ходе эволюции. Однако фермент теломераза, вероятно, также имеет одно общее происхождение с вирусными обратными транскриптазами (Nakamura 1998, фигура 2 в конце) (Witzany 2008). Дело в том, что эти эволюционные события происходят очень давно, до того момента, когда эукаройты только начали развиваться из… чего-то. Источники, которые я цитировал, утверждают, что многие «эукароидные» особенности (например, ядро, процессинг РНК, везикулярный транспорт) были первоначально взяты из вирусов.


Важно отметить, что не все вирусы имеют ген обратной транскриптазы. Такие гены - отличительная черта ретровирусов.

Ретровирусы представляют собой одноцепочечные РНК-вирусы. Когда ретровирус заражает клетку, он использует обратную транскриптазу для преобразования своей одноцепочечной РНК в двухцепочечную ДНК. Затем гены этой ДНК транскрибируются и транслируются в новую обратную транскриптазу и другой белок клеткой-хозяином. Когда новые вирусы собираются в клетке-хозяине, как РНК, содержащая ген обратной транскриптазы, так и ферменты обратной транскриптазы упаковываются в новый вирус.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос: клетки-хозяева обычно не содержат обратной транскриптазы. Вирусы содержат как ген, так и фермент.

Альбертс


Полвека обратной транскриптазы - с днем ​​рождения!

Обратная транскриптаза (RT) была открыта 50 лет назад Говардом М. Темином, Сатоши Мицутани [1] и Дэвидом Балтимором [2]. Празднование дня рождения не состоится из-за пандемии SARS-коронавируса-2. Встреча в Колд-Спринг-Харбор (CSH), посвященная этому событию, с учеными RT была отложена на год. Однако эта пандемия почти ежедневно напоминает нам о RT и делает ее в настоящее время одной из самых важных молекул, поскольку требуется обратная транскрипция коронавирусной РНК в ДНК в качестве ключевого шага в тесте RT-qPCR, используемом для выявления потенциальных инфекций. Таким образом, 50-летие RT заслуживает поздравлений и ретроспективы о его вкладе в наши знания, в наше прошлое и взгляд в будущее, представленных на рис.1.

Некоторые из многих аспектов обратной транскрипции (RT). Подробнее см. Текст

Сначала считалось, что RT является редким исключением в биологии и ограничивается только ретровирусами, такими как вирусы лейкемии кур и мышей. Название ретровирус основано на RT, позволяя неожиданный поток генетической информации от РНК к ДНК, который, как считалось, был обращен вспять, когда он был открыт в 1970 году. До этого считалось, что передача информации происходит только от ДНК к РНК к белку. как описано в Центральной догме молекулярной биологии, придуманной сэром Фрэнсисом Криком, хотя он и не был догматиком по этому поводу [3]. Дэвид Балтимор был удивлен в 1970-х годах во время встречи, когда оратор описал RT на мухах, утверждая, что там не было известно о существовании ретровируса. Это было началом повсеместного RT. Теперь, когда так много внимания уделяется миру РНК, можно было бы переименовать RT в настоящую транскриптазу, чего никто не сделает!

Ретровирусы привлекли внимание в исследованиях рака, поскольку они могут улавливать онкогены и превращаться в опухолевые вирусы. У ретровирусов есть много разных позвоночных-хозяев со специфическими вирусами у кур, мышей, овец, коз, лошадей и так далее, которые в основном вызывают лейкемии и лимфомы, но они также могут вызывать анемии и артрит. Поиск человеческого ретровируса стал предметом интенсивных исследований и международной конкуренции. Вирус Mason Pfizer Monkey и другие предложения оказались ошибочными. Когда в 1983 году Люк Монтанье из Института Пастера в Париже, наконец, представил человеческий изолят, впоследствии названный ВИЧ, более одного человека в аудитории CSH этому не поверили [4]. Но они ошибались, сомневаясь. R.C. Галло открыл первый опухолевый вирус человека, HTLV-1, в 1980 году [5].

ВИЧ, конечно же, вызвал еще одну пандемию, которой сильно пренебрегают или затмевает вспышка пандемии SARS-коронавируса-2. ВИЧ - это ретровирус, обнаруженный в 1983 году, и реплицируемый через ЛТ - и опять же, ЛТ является основой диагностики и был первой мишенью для лекарства, АЗТ, в 1987 году.

РНК-опухолевые вирусы могут нести онкогены или активировать последующие клеточные гены вирусными промоторами, длинными концевыми повторами (LTR), путем вставки промотора. Ген myc играет роль в обоих этих двух механизмах, вызывая острые или хронические заболевания у животных [6], и в настоящее время исследуется как лекарственная мишень при раке человека. Первым известным ретровирусом опухоли был вирус саркомы Рауса, RSV, который может реплицироваться и нести онкоген v-src. Вопрос был в следующем: онкогены извне клетки или изнутри? А Природа Препринт Майка Бишопа и его коллег из Сан-Франциско, который распространялся примерно в 1971 году в Институте вирусологии Макса Планка в Тюбингене, описывал «онкоген», присутствующий повсюду, даже у слонов, без какой-либо связи с раком. Ответом на эту загадку было то, что онкоген выглядел так же, как клеточные гены, «протоонкогены», с доступными технологиями. Но он был мутирован в рак, а не идентичен. Майк Бишоп и Гарольд Вармус получили Нобелевскую премию за открытие онкогенов в 1989 году.

Гарольд Вармус посетил European Tumor Virus Meetings по онкогенам, проехав на своем велосипеде из Лондона через половину Европы даже во время сильного дождя, пионер не только в исследованиях рака, но и в области езды на велосипеде за 50 лет до того, как это стало необходимостью сейчас из-за страха перед SARS-коронавирусом. 2 инфекции в общественном транспорте.

Много лет назад, примерно в 1970-х годах, во время одной из встреч CSH был спроектирован слайд, показывающий здоровую курицу, у которой был эндогенный ретровирус. Это было сюрпризом, потому что все ждали больного цыпленка, но этот выглядел совершенно нормально. Эндогенные вирусы были также обнаружены у мышей и позже были идентифицированы как эндогенные вирусы у многих видов. Кульминацией этого стала публикация Эрика Ландера и многих других авторов и групп [7] самой впечатляющей статьи о ретровирусах - последовательности человеческого генома. Это показало, что ретровирусы и ретровирусоподобные элементы заселяют геномы человека и других млекопитающих почти на 50% даже сегодня, а в некоторых геномах - до 80% [8]. Это было доказано выделением «Феникса», ретровируса, реконструированного из генома человека из дюжины мутировавших последовательностей, что позволило вывести консенсусную предковую последовательность. Копия ДНК, трансфицированная в клетки культуры ткани, дала реплицирующийся ретровирус Phoenix, который можно было обнаружить с помощью электронной микроскопии. После 5 миллионов лет бездействия вирус вернулся к «жизни» [9]. В нашем геноме есть последовательности вируса Феникс, полученные в результате прошлых инфекций, но никто, похоже, не беспокоился о его недавнем возрождении в лаборатории как о потенциальной опасности!

Ретровирус предоставил важную новую информацию на благо эволюции человека: предотвращение иммунного отторжения у матерей их собственных развивающихся эмбрионов. Яичная скорлупа и мешочки кенгуру стали устаревшими из-за фрагмента ДНК, кодирующего область белка оболочки предка эндогенного ретровируса человека, HERV-W [10]. Этот механизм тесно связан с иммуносупрессией СПИДом и основан на пептидной последовательности, также обнаруженной в слитом белке gp41 ВИЧ. Клетки плаценты предков человека и некоторых других самок млекопитающих были инфицированы независимо друг от друга 25-40 миллионов лет назад.

Эндогенные вирусы могут защитить от экзогенных вирусов. Этот иммунитет проявился в процессе эндогенизации в реальном времени, наблюдаемом у коал в Австралии. Им угрожали такие факторы, как автомобильные аварии или пожары, и они были заключены под стражу, чтобы население могло восстановиться на острове. Это было не такое безопасное место, как ожидалось, потому что там обитал вирус лейкемии обезьяны Гиббон, который убил многих коал. Некоторые из них выжили и получили иммунитет, потому что вирус проник в их зародышевые линии. Это позволило ученым наблюдать такое эволюционное событие эндогенизации в режиме реального времени [11]. Эндогенизация у коал длилась 100 лет, около 10 поколений. Сколько времени потребуется ВИЧ, чтобы эндогенизироваться в геномах зародышевых клеток человека и защищать свое потомство от суперинфекции? Возможно заражение, а значит, и эндогенизация? Десять поколений коал могут соответствовать 250 годам жизни человека - это слишком долго, чтобы ждать!

Эта защита эндогенными вирусами от экзогенных вирусов не отличается от одного подхода, который бактерии разработали для защиты от фагов. Фрагмент ДНК вторгшегося бактериального вируса / фага хранится как память, как «спейсер» внутри палиндромных последовательностей. Его РНК-транскрипт распознает ДНК-геном вторгшегося нового фага по гомологии последовательностей и приводит к его разрушению «молекулярными ножницами», эффект CRISPR / Cas [12], который, как известно, получил в этом году Нобелевскую премию по химии.

Бактерии содержат много ОТ от ретроэлементов. Один из этих ОТ является высоко мутагенным и стимулирует эволюцию, способствуя гипервариации белковых последовательностей, свойству, общему с адаптивным иммунным ответом. Это приводит к расширенному тропизму взаимодействия бактерий и фагов, возможно, для адаптации к стрессу окружающей среды. Последовательности, несущие эту RT, называются DGR, ретроэлементами, генерирующими разнообразие [13]. Они могут помочь в создании фагов широкого спектра действия. Другая загадочная ОТ у бактерий связана с ретронами, которые состоят из разветвленных одноцепочечных структур РНК / ДНК [14], которые уже заметил Говард Темин [15]. Это похоже на консервативный эволюционный промежуточный продукт от РНК до ДНК. Бактериальные ОТ также могут связываться с каталитическими РНК (интронами группы II) [16]. Они также напоминают промежуточные звенья перехода от РНК к миру ДНК с RT как связующим звеном между двумя мирами [17], что делает RT основным двигателем эволюции.

Есть еще один родственник RT. С лабораторией CSH также связан TERT, теломерный RT, описанный Элизабет Блэкберн и Кэрол Грейдер, частыми гостями CSH, получившими Нобелевскую премию вместе с Джеком Шостаком в 2009 году. TERT удлиняет концы хромосом в эмбриональной ткани и стволовых клетках и является активен в раковых клетках, соответствующих долголетию [18]. В отличие от других RT, РНКаза H не участвует, поскольку РНК необходима в качестве матрицы для повторяющихся копий теломерной ДНК. Линейные хромосомы нуждаются в защите своих концов от укорочения, которое обеспечивается TERT и его стабильной структурой псевдоузла РНК. Было высказано предположение, что TERT связан с ретротранспозонами, не относящимися к LTR, которые утратили эндонуклеазу [19]. Является ли это самым древним предшественником ОТ, рибонуклеопротеином, состоящим из некодирующей псевдоузловой РНК и фермента ОТ, или интроны являются источником?

И последнее, что немаловажно, мы выражаем свое восхищение Барбаре МакКлинток за ее открытие мобильных генетических элементов, в том числе ретротранспозонов с их механизмом копирования и вставки. Ее наследие будет и дальше заставлять исследователей заниматься изучением этой выдающейся силы геномной эволюции и адаптивных процессов и вносить свой вклад во многие другие предстоящие встречи CSH.

Это воспоминание показало, насколько широки RT по своей природе и в процессе эволюции, и сколько открытых вопросов все еще ждут дальнейшего анализа.

Букет цветов станет приятным сюрпризом на день рождения, поэтому в конце этого обзора мы обсудим два наблюдаемых у растений явления, связанных с RT. Первый - это белый узор петуний, который вызван замалчиванием гена, ответственного за синюю окраску. Молчание зависит от доменов PAZ и PIWI белков Argonaute, которые структурно родственны ретровирусным ферментам RT и РНКазе Н. Они являются компонентами комплекса RISC-индуцированного сайленсинга, который, как полагают, превратился в противовирусную иммунную защиту. Напротив, белые ободки вокруг лепестков гвоздики вызваны вирусами, причем один из них - это вироид гвоздик, CarSVd (маленький вироид гвоздики), а другой - параретровирус растений. Его RT помогает производить гомологичную ДНК из вироида, что делает возможной рекомбинацию ДНК [20]. Таким образом, этот вироид использует RT, предположительно предоставленный в транс параретровирус растений, такой как вирус мозаики цветной капусты, приводящий к окрашиванию.

Букет цветов с приглушенными петуниями и разноцветными гвоздиками - это поздравление ко дню рождения РТ, а красота цветов - заслуга РТ (рис. 2).


Какова роль фермента обратной транскриптазы?

Обратная транскриптаза, также называемая РНК-направленной ДНК-полимеразой, фермент кодируется из генетического материала ретровирусов, который катализирует транскрипция РНК ретровируса (рибонуклеиновая кислота) в ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота).

Кроме того, что такое обратная транскриптаза и почему она важна в биотехнологии? Фермент, который транскрибирует матрицу РНК в ДНК, обеспечивая поток информации от РНК к ДНК, противоположный обычному направлению. Обратная транскриптаза катализирует синтез второй цепи ДНК, комплементарной первой.

Кроме того, какая польза от обратной транскриптазы для ученых?

В обратная транскриптаза катализирует преобразование молекул матрицы РНК в двойную спираль ДНК и является очень полезным инструментом для исследований в области молекулярной биологии.

Зачем ретровирусам нужна обратная транскриптаза?

Ретровирусы использовать обратная транскриптаза для преобразования своей одноцепочечной РНК в двухцепочечную ДНК. Это является ДНК, которая хранит геном человеческих клеток и клеток других высших форм жизни. После преобразования РНК в ДНК вирусная ДНК жестяная банка интегрироваться в геном инфицированных клеток.


Раневая опухоль

D Прямой подход через возможный интегрированный ген опухолевой ДНК

Хотя онкогенез за счет действия обратной транскриптазы и интеграции канцерогенного продукта ДНК в геном хозяина кажется маловероятным, возможность можно проверить. Этого можно достичь, предоставив меченым транскриптам WTV возможность отжигаться с ДНК растения-хозяина из опухолей и из неопухолевой ткани. Ожидается, что интегрированный ДНК-канцерогенный ген отожжется с вирусным транскриптом, из которого он был получен. Ожидается, что это произойдет в опухолевых клетках опухоли, таких как псевдофлоэма, но не в очевидно здоровых клетках, таких как корковые клетки, которые часто покрывают стволовые опухоли. Этого нельзя ожидать от ДНК инфицированных насекомых-переносчиков или здоровых растений. Положительные результаты в соответствии с этой гипотезой, возможно, заслуживают исследования нескольких галловых болезней, вызываемых другими фитореовирусами у видов трав, где можно ожидать аналогичных результатов. С другой стороны, можно ожидать отрицательных результатов с вирусом рисовой карликовости.


Обратная транскриптаза: процесс создания двухцепочечной ДНК (со схемой)

Первоначальная информация пришла из исследования вируса табачной мозаики (TMV) в вирусологии, что только РНК может действовать как генетический материал, может инфицировать, может производить полный вирус и, наконец, выделения реплик.

За этим последовало доказательство наличия двухцепочечной РНК Вейсманном и Августом в 1968 году. Обратная транскрипция - это процесс создания молекулы двухцепочечной ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) из матрицы одноцепочечной РНК (рибонуклеиновой кислоты). Это называется обратной транскрипцией, поскольку она действует в направлении, противоположном или обратном транскрипции.

Эта идея сначала была очень непопулярной, поскольку противоречила центральной догме молекулярной биологии, согласно которой ДНК транскрибируется в РНК, которая затем транслируется в белки. Однако в 1970 году, когда Мизутани и Ховард Темин из Мэдисона и Дэвид Балтимор из Массачусетского технологического института, США открыли фермент, ответственный за обратную транскрипцию, названный обратной транскриптазой, возможность того, что генетическая информация может передаваться обратным образом, была окончательно принята (рис. 13.13). ).

Вирусы класса VI ssRNA-RT, также называемые ретровирусами, представляют собой вирусы с обратной транскрипцией РНК с промежуточным ДНК. Их геномы состоят из двух молекул одноцепочечной РНК с положительным смыслом с кэпом 5 & # 8242 и полиаденилированным хвостом 3 & # 8242. Примеры ретровирусов включают вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и Т-лимфотропный вирус человека (HTLV). После того, как вирусы проникли в клетку и не покрылись оболочкой, геном подвергается обратной транскрипции в двухцепочечную ДНК, которая может быть включена в клетку-хозяин и впоследствии экспрессирована.

Обратная транскрипция ферментом обратной транскриптазой происходит в несколько этапов:

1. Специфическая клеточная тРНК действует как праймер и гибридизуется с комплементарной частью вирусного генома, называемой сайтом связывания праймера или PBS.

2. Комплементарная ДНК затем связывается с U5 (некодирующая область) и R-областью (прямой повтор, обнаруженный на обоих концах молекулы РНК) вирусной РНК.

3. Домен фермента обратной транскриптазы, называемый РНКазой H, разрушает 5 & # 8242 конец РНК, который удаляет области U5 и R.

4. Затем праймер «перескакивает» на 3 & # 8242 конец вирусного генома, и вновь синтезированные цепи ДНК гибридизуются с комплементарной областью R на РНК.

5. Первая цепь комплементарной ДНК (кДНК) удлиняется, и большая часть вирусной РНК расщепляется РНКазой H.

6. Как только цепь завершена, синтез второй цепи инициируется из вирусной РНК.

7. Затем существует еще один & # 8216jump & # 8217, где PBS из второй цепи гибридизируется с комплементарным PBS на первой цепи.

8. Обе цепи дополнительно удлиняются и могут быть включены в геном хозяина с помощью фермента интегразы. Образованный таким образом дуплекс ДНК направляет оставшуюся часть процесса вирусной инфекции (немедленный лизис или интеграция в геном хозяина и остается в спящем состоянии) (рис. 13.14).

Как и другие ДНК- и РНК-полимеразы, RT синтезирует полинуклеотиды в направлении от 5 & # 8242 до 3 & # 8242. Подобно ДНК-полимеразе, он требует праймера. Здесь праймер - это молекула тРНК, захваченная вирионом из клетки-хозяина, в которой она была произведена. 3 & # 8242-конец тРНК спарен по основанию с вирусной матрицей на участке, где инициируется синтез ДНК, и его свободный 3 & # 8242-ОН принимает дезоксинуклеотиды.

Этот фермент имеет три типа ферментативной активности:

1. РНК-направленная ДНК-полимераза, отсюда и название ОТ.

2. Активность РНКазы H, деградирует РНК в гибриде РНК-ДНК.

3. ДНК-направленная ДНК-полимераза.

Фермент представляет собой гетеродимер, состоящий из субъединиц 66 кДа и 51 кДа. Два полипептида имеют идентичные N-концевые последовательности, что указывает на то, что единица 51 кДа отщепляется от единицы 66 кДа. Мономер 66 кДа имеет идентифицируемые компоненты & # 8216finger & # 8217, & # 8216palm & # 8217 и & # 8216thumb & # 8217, которые функционально аналогичны компонентам в структуре фрагмента Кленова.

Интерфейс мономеров 66 кДа и 51 кДа обеспечивает путь от активного сайта полимеразы к активному сайту РНКазыH и позволяет сопутствующее разрушение цепи матрицы праймера РНК сразу после ее копирования (рис. 13.15).

В комплексе ОТ с двухцепочечной молекулой ДНК близкая к активному центру полимеразы ДНК находится в А-форме, а остальная часть - в нормальной В-форме. Мономер 51 кДа может также обеспечивать сайт связывания лизин-тРНК, которая запускает начальный синтез ДНК. ОТ ВИЧ имеет большое клиническое значение, поскольку отвечает за репликацию и инфицирование ВИЧ. ОТ ВИЧ вызывает ошибку включения несоответствующего основания при скорости полимеризации 1 основание / 2000-4000 нуклеотидов. Это означает, что вирус быстро меняется, что затрудняет разработку вакцины.


Использованная литература

Александерсен С., Чамингс А., Бхатта Т.Р. 2020. Геномные и субгеномные РНК SARS-CoV-2 в диагностических образцах не являются показателем активной репликации. Nat Commun. 11 (1): 6059.

Boldogh I, Albrecht T, Porter DD. 2011. Стойкие вирусные инфекции. В: Барон С., редактор. Медицинская микробиология. Галвестон (Техас): Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне.

Cohen JI. 2020. Латентность вируса герпеса. J Clin Invest. 130 (7): 3361–3369.

Feschotte C, Gilbert C. 2012. Эндогенные вирусы: понимание эволюции вирусов и влияние на биологию хозяина. Nat Rev Genet. 13 (4): 283–296.

Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR, Rall GF, Skalka AM. 2015. Принципы вирусологии: набор из 2 томов - Bundle. 4-е изд. Вашингтон, округ Колумбия: Американское общество микробиологии.

Хиллеман MR. 2004. Стратегии и механизмы выживания хозяев и патогенов при острых и хронических вирусных инфекциях. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 Дополнение 2 (Дополнение 2): 14560–14566.

Хван Б., Ли Дж. Х., Банг Д. 2018. Технологии секвенирования одноклеточной РНК и конвейеры биоинформатики. Exp Mol Med. 50 (8): 96.

Лодиш Х, Берк А, Кайзер С, Кригер М, Бретчер А, Плоег Х, Амон А, Мартин К. Молекулярная клеточная биология. 8-е изд. Нью-Йорк: W.H. Фримен 2016

Любински Дж. М., Цзян М., Хук Л., Чанг Й., Сарвер К., Мастеллос Д., Ламбрис Дж. Д., Коэн Г. Х., Айзенберг Р. Дж., Фридман Х. М.. 2002. Вирус простого герпеса типа 1 избегает воздействия антител и комплемента in vivo. J Virol. 76 (18): 9232–9241.

Перлман С., Дандекар А.А. 2005. Иммунопатогенез коронавирусных инфекций: последствия для SARS. Nat Rev Immunol. 5 (12): 917–927.

Стандарт Сагана: экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств. Effectiviology.com. [доступ осуществлен 16 декабря 2020 г.]. https://effectiviology.com/sagan-standard-extraordinary-claims-require-extraordinary-evidence/.

Вковски П., Кратцель А., Штайнер С., Сталдер Х, Тиль В. 2020. Биология и репликация коронавируса: последствия для SARS-CoV-2. Nat Rev Microbiol. DOI: 10.1038 / s41579-020-00468-6. http://dx.doi.org/10.1038/s41579-020-00468-6.

Видеманн А., Фукат Э., Хосини Х., Лефевр С., Хейблюм Б.П., Дюран М., Крюгер М., Кейта А.К., Аюба А., Мели С. и др. 2020. Длительная тяжелая иммунная дисфункция у выживших после болезни, вызванной вирусом Эбола. Nat Commun. 11 (1): 3730.

Younesi V, Nikzamir H, Yousefi M, Khoshnoodi J, Arjmand M, Rabbani H, Shokri F. 2010. Вирус Эпштейна-Барра ингибирует стимулирующий эффект агонистов TLR7 / 8 и TLR9, но не лиганда CD40 в лимфоцитах человека B: ингибирование стимуляции TLR пользователя EBV. Microbiol Immunol. 54 (9): 534–541.


Часть 2: Расширенное издание: открытие обратной транскриптазы

00: 00: 1420 Привет.
00: 00: 1520 Я Дэвид Балтимор.
00: 00: 1620 Я профессор Калифорнийского технологического института - Калифорнийского технологического института.
00: 00: 2302 А я здесь, чтобы поговорить о вирусах.
00: 00: 2516 Я работаю над вирусами уже более 50 лет.
00: 00: 3014 И я нахожу их очаровательными.
00: 00: 3420 И я сосредоточусь на ВИЧ, потому что это вирус, который знает большинство людей.
00: 00: 4114 И, конечно же, это бедствие 20-го и 21-го веков.
00: 00: 4706 Итак, я называю вирусы отдельным царством живого мира.
00: 00: 5112 На самом деле это не королевство, но они настолько отличаются от любого другого организма, что
00: 00: 5713 их следует считать очень отдельными.
00: 00: 5927 Они очень крошечные.
00: 01: 0200 Они могут дублировать себя, только проникая в живые клетки и отклоняя
00: 01: 0924 активности клеток в направлении, определяемом генетикой вируса.
00: 01: 1617 Таким образом, они являются облигатными клеточными паразитами.
00: 01: 2017 Вирусы могут существовать только один раз в клетках. могли существовать только после того, как клетки эволюционировали.
00: 01: 2818 У них может быть либо РНК, либо ДНК в качестве генетического материала остальной части биологического мира.
00: 01: 3409 использует ДНК.
00: 01: 3803 И они могут расти во всех типах клеток: в клетках животных, в бактериях, в растениях.
00: 01: 4527 И тот факт, что многие из них являются РНК-вирусами, предполагает, что они остались от
00: 01: 5220 мир РНК, который был посредником в эволюции мира, который мы знаем сегодня,
00: 02: 0016, который основан как на ДНК, так и на РНК.
00: 02: 0418 Центральная догма молекулярной биологии не изменилась с 1950-х годов, когда она была
00: 02: 1208 впервые озвучено Фрэнсисом Криком.
00: 02: 1803 И это то, что ДНК может дублировать себя, ее можно транскрибировать в РНК, и эта РНК
00: 02: 2421, в свою очередь, может быть шаблоном для производства белка.
00: 02: 2812 Белок - это то, что заставляет жизнь работать.
00: 02: 3204 Все наши клетки построены из белков.
00: 02: 3415 Все события нашей жизни определяются белками.
00: 02: 4113 В 1970 году я работал над вирусом, и мне посчастливилось сделать открытие, которое
00: 02: 4724 немного изменил центральную догму.
00: 02: 5126 Мы обнаружили обратную транскрипцию: РНК дает начало ДНК.
00: 02: 5918 И эта обратная транскрипция фактически дает начало очень большому количеству ДНК.
00: 03: 0904 нас и большинства высших организмов.
00: 03: 1215 Открытие обратной транскрипции наполнило наше понимание логики
00: 03: 1827 как размножаются вирусы.
00: 03: 2210 И позвольте мне описать эту логику, сосредоточив внимание на самом важном продукте, который
00: 03: 2905, созданный при заражении вирусом, который представляет собой информационную РНК.
00: 03: 3405 Информационная РНК кодирует белок.
00: 03: 3714 И эти белки, теперь вирусные белки, могут захватить клетку, могут производить больше вирусных частиц.
00: 03: 4701 Они являются сутью процесса заражения вирусом.
00: 03: 5205 Итак, файл. нуклеиновая кислота, ДНК или РНК вируса, содержит инструкции
00: 04: 0006 для создания этих белков.
00: 04: 0212 И вопрос в том, как эти инструкции влияют на производство белка?
00: 04: 0804 И действительно есть шесть способов, которые могут произойти, в зависимости от того, как именно инструкции
00: 04: 1511 передаются.
00: 04: 1800 И эти шесть способов отличить один класс вирусов от другого класса вирусов.
00: 04: 2502 Итак, самые простые и понятные - это двухцепочечные ДНК-вирусы,
00: 04: 3112 вирусы класса I.
00: 04: 3419 Они просто создают информационную РНК, точно так же, как мы делаем информационную РНК в наших нормальных клетках.
00: 04: 4203, потому что в качестве наследственного материала мы несем двухцепочечную ДНК.
00: 04: 4721 Есть еще одноцепочечные ДНК-вирусы.
00: 04: 5011 Они должны стать двухцепочечными - это вирусы класса II - а затем
00: 04: 5524 они могут создавать РНК-мессенджер.
00: 04: 5812 И затем они снова должны сделать эти отдельные нити генетическим материалом
00: 05: 0228 эти вирусы.
00: 05: 0408 Еще есть РНК-вирусы.
00: 05: 0711 Есть двухцепочечные РНК-вирусы, очень похожие на двухцепочечные ДНК-вирусы.
00: 05: 1226 за исключением того, что они РНК.
00: 05: 1515 И они делают информационную РНК из своей двухцепочечной РНК.
00: 05: 2010 Есть два типа вирусов с одноцепочечной РНК.
00: 05: 2402 Они могут нести смысловую цепь, которую мы называем плюсовой цепью генетического материала,
00: 05: 3314 и в этом случае они могут кодировать белок, просто поместив его в клетку.
00: 05: 4021 Или они могут, в вирусах класса V, нести минус-цепь, комплементарную цепь.
00: 05: 4706 Это бессмысленно, пока не скопировано в положительную нить.
00: 05: 5204 Итак, он должен быть скопирован, прежде чем он сможет производить белок.
00: 05: 5720 И для этого вирусная частица должна нести полимеразу.
00: 06: 0328 А еще есть процесс обратной транскрипции, при котором РНК переносится вирусом,
00: 06: 0821 но это. он копируется сначала в одноцепочечную ДНК, затем в двухцепочечную ДНК, а затем
00: 06: 1419 - это шаблон для создания РНК-мессенджера.
00: 06: 1728 Итак, это дает нам шесть различных типов вирусов.
00: 06: 2122 Я звоню им. это называется балтиморской классификацией, потому что мы впервые провозгласили ее еще в 1970 году,
00: 06: 3213 и многие учебники используют его как способ организации. думая о вирусах.
00: 06: 3726 А. но на самом деле это не классификация.
00: 06: 4206 Это заявление о том, насколько вирусы соответствуют своему стилю обработки генетической информации.
00: 06: 4922 в потребности центральной догмы.
00: 06: 5204 Сколько существует вирусов?
00: 06: 5501 Вирусов несчетное количество.
00: 06: 5810 У каждого животного в животном мире есть свой набор вирусов, которые есть у каждой бактерии.
00: 07: 0326 собственный набор вирусов.
00: 07: 0604 Безусловно, существует миллион вирусов, которые легко отличить один от другого,
00: 07: 1213, и было сделано много оценок, которые намного выше этого.
00: 07: 1809 Поскольку вирусы могут расти только внутри клеток, они должны попасть в клетку.
00: 07: 2322 Но как только они попадут туда, они могут очень быстро занять камеру.
00: 07: 2822 Жизненный цикл некоторых вирусов, особенно бактерий, составляет всего 20 или 30 минут.
00: 07: 3701 И даже вирусам млекопитающих требуется всего несколько часов, чтобы сделать огромное количество копий самих себя.
00: 07: 4618 Они могут продолжать жить, только если передаются от одного организма к другому, потому что,
00: 07: 5210 являясь облигатными паразитами, они не могут жить в мире самостоятельно.
00: 07: 5717 Итак, каждый вирус - это история передачи.
00: 08: 0205 Мы знаем, что передача вируса от человека может происходить через чихание или прикосновение к поверхности, которая
00: 08: 0814 прикоснулся больной.
00: 08: 1109 Но у кошек передача другая, у насекомых передача другая,
00: 08: 1902, и это часть эволюции вирусов.
00: 08: 2106 Они развиваются, чтобы стать частью образа жизни своих хозяев.
00: 08: 2826 Если вирусы очень специфичны для определенного вида, например, человека, то мы можем
00: 08: 3513 на самом деле избавьтесь от них, потому что за пределами нас у них нет резервуара.
00: 08: 4013 Итак, если мы сможем вакцинировать все население мира, мы сможем избавиться от этого вируса,
00: 08: 4720 потому что мы делаем себя невосприимчивыми к нему.
00: 08: 5121 И мы сделали это с оспой.
00: 08: 5317 И мы почти сделали это с полиомиелитом, и они считают, что через пару лет
00: 09: 0023 Полиомиелит будет уничтожен с Земли.
00: 09: 0514 Итак, вирусы, растущие внутри клеток, чтобы выйти из клеток, им нужно что-то делать.
00: 09: 1413 Обычно они делают одно из двух.
00: 09: 1712 Либо они делают ставку. бутоны выходят из поверхности клеток, и это то, что показано на этой картинке,
00: 09: 2422 или они вырастают до большого количества внутри клетки, а затем взрывают клетку.
00: 09: 3215 И это высвобождает вирусные частицы изнутри клетки, где бы они ни находились, в
00: 09: 3806 кровеносная система. например, кровоток у людей.
00:09:4416 Viruses only made sense when molecular biology was born as a science, because they're
00:09:5007 so small that the only really important thing that they have is their genetic instructions,
00:09:5528 their DNA or their RNA.
00:09:5822 They generally protect that in a coat, but the coat is. is largely inert, except for
00:10:0422 helping them get into the next infected cell, or next cell that they're going to infect.
00:10:1317 Some of them have a few other proteins that help initiate the infection.
00:10:1903 And then, we're now learning about viruses that are very big and complicated -- surprising.
00:10:2526 They're actually of the size of bacteria.
00:10:2827 But what distinguishes them is that they require to be inside a cell to multiply, whereas bacteria
00:10:3823 can multiply as free-living organisms.
00:10:4403 The way we detect viruses is by what's called a plaque assay.
00:10:4926 We have a lawn of susceptible cells.
00:10:5321 They could be mammalian cells they could be bacterial cells.
00:10:5808 We put a few virus particles down.
00:11:0028 Those virus particles chew up the lawn from a center where they land, and they form
00:11:0715 a plaque.
00:11:0915 And if you count the number of plaques, you know how many viruses were there.
00:11:1426 And if you make. if you put down twice as many viruses, you get twice as many plaques,
00:11:2028 so it's a highly quantitative test, and bacterial genetics was done using those tasks.
00:11:2917 those techniques.
00:11:3023 Here, we can see tiny plaques made by a kind of bacterial virus, or huge plaques made
00:11:4100 by poliovirus plated on human cells.
00:11:4528 A distinction which I find very important among viruses is the distinction between
00:11:5301 equilibrium viruses and non-equilibrium viruses.
00:11:5816 Equilibrium viruses have. are viruses that have been, for a very long time, parasites
00:12:0617 of a particular species.
00:12:0820 And so they're highly adapted to that species, to the lifestyle of that species, to the cells
00:12:1405 of that species.
00:12:1623 And what happens is that they evolve to actually be less lethal, because they don't want to
00:12:2209 kill off their hosts.
00:12:2313 If they killed off every member of the species, that virus would have. would die itself.
00:12:2926 And so, they cause enough disease to help their spread, but they don't.
00:12:3706 like causing sneezing or coughing. but they don't kill most people.
00:12:4222 The common cold virus is a very good example of a. an equilibrium virus in humans.
00:12:5007 Then, there are non-equilibrium viruses.
00:12:5324 Non-equilibrium viruses are viruses that have jumped from one species to another.
00:13:0024 They're not yet adapted to that new host.
00:13:0316 They've only been with that new host for a while, even decades.
00:13:1021 And they can be extremely lethal, because this is not a host they care about.
00:13:1521 And so they haven't evolved to be non-lethal in that host.
00:13:2203 They may in fact spread poorly, or they could spread very well.
00:13:2625 They may be very efficient, very inefficient.
00:13:2919 There's enormous variation.
00:13:3218 But those are the viruses that cause us the biggest problems, because those viruses
00:13:3902 can be lethal.
00:13:4002 So, if we talk about equilibrium viruses, we talk about polio.
00:13:4503 Polio, in its day, caused. было. was lethal to a very small fraction of the people
00:13:5312 who were infected by it.
00:13:5509 Most people didn't know they were infected -- 90%+.
00:13:5900 A few people actually were paralyzed by it.
00:14:0226 And a few people were actually killed by it.
00:14:0620 And that's in the nature of an equilibrium virus, largely non-lethal, although occasionally lethal.
00:14:1422 Smallpox actually was. является. is a virus that's lethal to a fair number of people,
00:14:2226 and you really want to get it when you're young and get over it.
00:14:2625 And that was the nature of vaccination against smallpox in the very early days.
00:14:3424 The common cold virus we mentioned.
00:14:3822 Measles virus, another one, actually causes quite severe infections to a few people.
00:14:4514 Most people get over it after being in bed for a couple of days.
00:14:5013 Herpes viruses are all around us and are. keep infecting people, but are generally non-lethal.
00:15:0001 Now, non-equilibrium viruses.
00:15:0122 The most famous one of those is influenza virus.
00:15:0613 It's a natural virus of birds.
00:15:1006 In birds, it's generally not very lethal.
00:15:1328 It comes to humans and it's lethal to older people and very young people.
00:15:2114 And it's really a serious disease for adults to get.
00:15:2722 And that's why we try to vaccinate against it, although our vaccines are nowhere near
00:15:3219 as good as we'd like them to be.
00:15:3609 HIV is a virus that recently came to us from chimpanzees, but in fact it's not even
00:15:4403 a natural virus of chimpanzees.
00:15:4507 It seems to be a natural virus of monkeys.
00:15:5013 And they gave it to chimpanzees, which in turn gave it to us.
00:15:5527 SARS is a virus, probably, from bats.
00:16:0101 Ebola is a virus almost certainly from bats.
00:16:0422 Hantaan was from rodents.
00:16:0811 Those have been very lethal to humans, but generally in contained areas, because they.
00:16:1511 they haven't evolved to be able to spread very effectively.
00:16:1915 Now, let me turn to HIV, because it's a virus that we've heard so much about and that
00:16:2901 has been such a devastating virus to human beings.
00:16:3325 In. in the last few decades, the spread of the human immunodeficiency virus
00:16:4102 throughout the world has been a constant source of fear and news.
00:16:4909 It came into our midst, really, in the early 1980s.
00:16:5401 Before that, it was in human beings, but it was in very limited populations, mainly in Africa.
00:17:0213 Somewhere around the 1980s, it started spreading, coincident with travel.
00:17:0824 It was taken on airplanes in people from its. its source in Africa into Europe,
00:17:1609 into the United States.
00:17:2006 Making sense of. of HIV depended on having discovered the reverse transcriptase.
00:17:2715 So, our work in 1970 actually set the base for finding HIV, because HIV. it uses
00:17:3528 a reverse transcriptase, and it was that enzyme that revealed the nature of that virus.
00:17:4217 So, let me talk about the discovery of reverse transcription for a minute.
00:17:4917 In 1960, I began working on viruses.
00:17:5406 And I realized that in order to understand this lifecycle of viruses the thing to do
00:18:0117 was to examine the enzymes that made viral DNA or RNA.
00:18:0909 And so we actually discovered a number of polymerases in viruses all through the 1960s.
00:18:2104 And then in 1969, we found the polymerases that. that allow negative-strand viruses
00:18:3226 to be made.
00:18:3413 And they, as I mentioned earlier, are in the virus particle.
00:18:3717 And that suggested that if we were going to understand cancer inducing viruses,
00:18:4208 maybe we should look in the virus particle.
00:18:4600 Howard Temin, in the 1960s, had speculated that RNA. that the RNA tumor viruses --
00:18:5127 the viruses that have RNA as their genetic material but cause cancer -- might actually copy their
00:19:0124 RNA into DNA.
00:19:0318 But nobody could find clear evidence that that was true.
00:19:0800 And so in 1970, when we said, let's look in the virus particle, we found the enzyme
00:19:1520 that copies RNA into DNA.
00:19:1801 It was actually, for me, because I was a. had a background in that kind of experimentation,
00:19:2315 a very simple experiment.
00:19:2425 It took a matter of days to discover it.
00:19:2917 And in 1975, Howard Temin and I, along with Renato Dulbecco, who worked on DNA viruses,
00:19:3712 were honored with a Nobel Prize, because the work that the three of us had done
00:19:4309 really set the stage for understanding the genetic nature of cancer.
00:19:4713 And that was a big deal, scientifically, and actually has turned out to be a big deal in
00:19:5513 our treatment of cancer.
00:19:5822 It's nostalgic for me to remember back to the circumstances of doing those experiments
00:20:0607 because I was thinking about this diagram and realized that the.
00:20:1306 the tumor-inducing viruses didn't fit into it.
00:20:1613 And so got ahold of a stock of those viruses to test whether they might have a polymerase.
00:20:2506 And as I said, in a few days, found what we were looking for.
00:20:3200 The reverse transcriptase is an enzyme, now, that's understood in great detail.
00:20:3815 You can see how the DNA or RNA are threaded through the. the polymerase from its structure.
00:20:5122 So, let me say a few words about what the discovery of reverse transcription allowed.
00:21:0009 It allowed various kinds of understanding, and it allowed various kinds of technology.
00:21:0621 The understanding was the understanding that RNA tumor viruses are retroviruses, that they
00:21:1324 reverse transcribe their genome and integrate it into the host cell.
00:21:1911 And that really said that cancer was a consequence of genetic alteration of cells.
00:21:3026 And the other thing is that reverse transcription allowed biotechnologists to capture the
00:21:4104 genetic information from individual genes as messenger RNA that was reverse transcribed in the laboratory.
00:21:5103 And that became a central methodology of biotechnology.
00:21:5704 We also learned from work on the structure of the human genome that as much as 45% of
00:22:0621 the human genome arose by reverse transcription over historic time, mainly by the
00:22:1427 copying of mobile genetic elements, which are like viruses except they don't have an extracellular existence.
00:22:2301 They simply are part of cellular life.
00:22:2719 And finally, the discovery of reverse transcription set the base for, ten years later, the discovery
00:22:3503 of. что. that the AIDS epidemic was being caused by the spread of a virus, HIV,
00:22:4520 and that that virus was a retrovirus, like the tumor viruses that up to then were
00:22:5217 the only ones known.
00:22:5506 So, it's been particularly gratifying to me that this discovery has reverberated down
00:23:0326 through time in so many different ways.
00:23:0626 And it really speaks to the importance of basic research.
00:23:1217 So, if we look at the life cycle of a retrovirus -- any retrovirus -- what it does is to
00:23:2028 make its way into a cell by fusing to the surface of the cell and popping the core of the virus
00:23:3009 into the cell itself.
00:23:3222 There, that core acts as an enzyme to make a DNA copy of the RNA in the virus.
00:23:4120 That in turn integrates itself, forming what's called the provirus.
00:23:4624 And the provirus then acts as a template to make proteins. to make RNA to make proteins.
00:23:5512 And those proteins come together to form new virus particles that bud out from the
00:24:0002 surface of the cell and become a free-living virus looking for a new potential host.
00:24:0705 It's a very interesting life cycle because the virus is actually finding its way
00:24:1324 into the chromosomes of the cell, turning itself from a free-living virus into genes of the cell.
00:24:2112 And that is a unique and remarkable way of the virus hiding out, allowing its transmission
00:24:3124 from one cell to the next cell to the next cell without the virus having to do anything,
00:24:3724 because every time the cell duplicates it duplicates the proviral DNA.
00:24:4426 Here it is budding off the surface of a cell.
00:24:4910 And so, let me just talk for a minute about how awful the AIDS epidemic has been,
00:24:5804 how powerful HIV has been.
00:25:0107 This. these are statistics from 2005.
00:25:0510 And I put them in here because that was sort of the peak of the epidemic.
00:25:1009 By that time, 65 million people had been infected all around the world, the bulk in Africa.
00:25:1701 There were 25 million who had been killed by the virus.
00:25:2222 40 million people were living with HIV, many in India, many in China, but the bulk in.
00:25:3005 in Africa.
00:25:3322 There were, at that time, 13,000 infections per day, 5 million people infected every year.
00:25:4427 It was a really devastating epidemic for the world.
00:25:5111 Now, if we look at it now, or at 2015, when the last statistics were available,
00:26:0108 what we see is an epidemic that is waning some but still really serious.
00:26:0801 So by now, 75 million people have been infected, 35 million have been killed, and there are
00:26:1528 still on the order of 40 million people living with AIDS.
00:26:2100 I've shown the 2005 numbers in parentheses.
00:26:2700 But there are now, as opposed to 2005, 18 million people on antiretrovirals,
00:26:3325 chemicals that prevent the growth of retroviral. of retroviruses.
00:26:4100 And those people are largely very healthy, and are also not transmitting virus,
00:26:4718 because the virus has been knocked down so effectively.
00:26:5207 And that's part of the reason why transmissions are down.
00:26:5524 So, the number of infections is now about 50% of what it was.
00:27:0210 The number dying is only 30% of what it was.
00:27:0819 And this. these retrovirals. antiretrovirals are making all the difference.
00:27:1414 But they're extremely expensive, even expensive in Africa, although much cheaper than here.
00:27:2406 And it's increasing the lifespan of people who are infected, it's lowering the infection rates,
00:27:2926 but it's not clear that it is the final answer.
00:27:3508 The final answer would be to make a vaccine that could prevent the transmission of HIV.
00:27:4306 And we. many, many other people in the scientific community are working on finding a way
00:27:5013 to vaccinate people.
00:27:5113 But this virus, as opposed to any other virus, has been a recalcitrant to our attempts to
00:27:5809 make a vaccine.
00:28:0126 So, HIV is the classic non-equilibrium virus.
00:28:0610 It's, as I say, endemic in African monkeys.
00:28:1015 It got a foothold in the human populations maybe 90 years ago.
00:28:1612 For a long time, it was found only in villages in Africa.
00:28:2107 Then, as. as transportation became more and more commonly used to take people
00:28:3006 from one continent to another, it seeded other continents and became a worldwide epidemic.
00:28:3800 It grows in one of the key cell types of our immune system, and so it actually knocks out
00:28:4419 our immune systems.
00:28:4609 And that's what. why it's a lethal virus.
00:28:4910 We die of some infection, not of HIV infection.
00:28:5807 And with that, I've finished with this discussion of viruses and of HIV.

  • Part 1: Introduction to Viruses

Открытие

Retroviruses were originally known as RNA tumor viruses because they have RNA, not DNA, genomes, and because they were the first viruses recognized to cause certain cancers in animals. At the middle of the twentieth century, Howard Temin was interested in understanding how RNA tumor viruses cause cancer. One finding that interested him was the genetic-like stability of the uncontrolled cell growth caused by these viruses. It was known then that certain bacterial viruses, called phages, could integrate their DNA into their hosts' chromosomes and persist as stable genetic elements known as prophages. By analogy, Temin proposed the provirus hypothesis, which suggests that RNA tumor viruses can cause permanent alterations to cells by integrating into host chromosomes. In order for this to occur, Temin suggested that вирион RNAs were first converted into DNAs, which could then become integrated.

The chemistry of using RNA as a шаблон for DNA seemed possible. However, reverse transcription was at odds with the then-popular central dogma of molecular biology, advanced by Francis Crick, which maintained that genetic information flowed unidirectionally from DNA to RNA to protein. RNA tumor viruses were RNA viruses, so it was assumed that their replication involved RNA polymerases, as had been demonstrated for other RNA viruses, and not a DNA polymerase. Because his proposal of a reverse flow of genetic information from RNA to DNA seemed heretical, and because the experimental techniques needed to test this idea were not yet developed, Temin and his hypothesis were rebuffed for many years.

The biochemical proof for reverse transcription finally arrived in 1970 when two separate research teams, one led by Temin and the other by David Baltimore, simultaneously discovered the elusive RNA-copying DNA polymerase in purified virions. In 1975 Temin and Baltimore shared the Nobel Prize in physiology or medicine for their discovery of reverse transcriptase.


Reverse transcriptase: discovery and impacts

In 1970 Temin and Japanese virologist Satoshi Mizutani, and American virologist David Baltimore, working independently, reported the discovery of an enzyme that could synthesize proviral DNA from the RNA genome of RSV. This enzyme was named RNA-directed DNA polymerase, commonly referred to as reverse transcriptase. This discovery resulted in the identification of a unique virus family (Retroviridae), and the understanding of the pathogenesis of these viruses spurred a rush to discover other infectious cancer-causing agents. In 1975 Temin, Baltimore, and Dulbecco (who mentored both Temin and Baltimore) were awarded the Nobel Prize for Physiology or Medicine “for their discoveries concerning the interaction between tumour viruses and the genetic material of the cell.”

In the early 1980s the HTLV-I and HTLV-II retroviruses were discovered and found to cause leukemia. In 1983 HIV was isolated and identified as the causative agent of AIDS. HIV infects white blood cells known as helper T cells and results in the production of more virus and, eventually, cell death and destruction of the immune system. In 2007 approximately 2.1 million people worldwide died of AIDS, an estimated 33.2 million people were living with HIV, and approximately 2.5 million people were newly infected with HIV. Drugs that inhibit reverse transcriptase were the first treatments available to people living with HIV. Nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs) such as AZT (zidovudine)—the first drug approved by the U.S. Food and Drug Administration to prolong the lives of AIDS patients—act by terminating the proviral DNA chain before the enzyme can finish transcription. NRTIs are often given in combination with non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs) such as efavirenz that act by binding to and altering the shape of the enzyme itself, thereby blocking the enzyme’s function.

The ability of reverse transcriptase to synthesize DNA from RNA has been used in the laboratory. For example, RT-PCR is commonly used to quantify the amount of messenger RNA (mRNA) transcribed from a gene. Because RNA is fragile and difficult to study, a strand of complementary DNA (cDNA) is synthesized from RNA, using reverse transcriptase during the RT-PCR procedure. The cDNA can then be amplified by polymerase chain reaction and used for subsequent experiments.


Другие инфекционные агенты

Вироиды

Вироиды are small, circular ssRNA molecules that lack protein. These infectious molecules are associated with a number of plant diseases. Since ssRNA is highly susceptible to enzymatic degradation, the viroid RNA has extensive complementary base pairing, causing the viroid to take on a hairpin configuration that is resistant to enzymes. For replication viroids rely on a plant RNA polymerase with RNA replicase activity.

Prions

Prions are infectious agents that completely lack nucleic acid of any kind, being made entirely of protein. They are associated with a variety of diseases, primarily in animals, although a prion has been found that infects yeast (!). Diseases include bovine spongiform encephalopathy (BSE or &ldquomad cow disease&rdquo), Creutzfeld-Jakob disease in humans, and scrapie in sheep.

The prion protein is found in the neurons of healthy animals (PrPC or Prion Protein Cellular), with a particular secondary structure. The pathogenic form (PrPSC or Prion Protein Scrapie) has a different secondary structure and is capable of converting the PrPC into the pathogenic form. Accumulation of the pathogenic form causes destruction of brain and nervous tissue, leading to disease symptoms such as memory loss, lack of coordination, and eventually death.

Prions. Joannamasel at English Wikipedia [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Ключевые слова

Baltimore Scheme, Class I, Class II, Class III, Class IV, Class V, Class VI, Class VII, DNA-dependent RNA polymerase, DNA-dependent DNA-polymerase, concatemer, productive infection, latent infection, plus-strand DNA/+DNA, minus-strand DNA/-DNA, dsDNA, ssDNA, replicative form (RF), rolling-circle replication, pregenome, reverse transcriptase, RNA-dependent DNA-polymerase, dsRNA, RNA-dependent RNA-polymerase, transcriptase, replicase, plus-strand RNA/+ssRNA, minus-strand RNA/-ssRNA, polyprotein, subgenomic mRNA, ribosomal frame-shifting, open reading frame (ORF), readthrough mechanism, stop codon, retrovirus, ribonuclease, provirus, viroid, prion, PrPC/Prion Protein Cellular, PrPSC/Prion Protein Scrapie.