Jak wirusy walczą o przetrwanie

fot. Michał Łepecki

Wirusy to najbardziej rozpowszechnione na Ziemi mikroorganizmy. Najważniejszą ich cechą jest to, że mogą się namnażać wyłącznie wewnątrz żywych komórek i są zdolne do zakażania wszystkich żywych organizmów: człowieka, zwierząt, roślin, a także innych mikroorganizmów, takich jak bakterie. Podobnie jak „wirusy” komputerowe, które poza komputerem nie wykazują żadnej aktywności, biologiczne wirusy nie są zdolne do powielania się przed przedostaniem się do komórki gospodarza i rozwinęły zadziwiająco zróżnicowane strategie wykorzystywania tych komórek.

Kluczowym etapem zapoczątkowującym infekcję jest związanie się wirusa z odpowiednim receptorem na błonie komórki i wniknięcie do jej wnętrza. Po powieleniu materiału genetycznego i białek wirusowych powstają nowe cząsteczki wirusowe, które muszą się dostać do następnych komórek. Wejście nowopowstałych cząstek wirusowych do otaczających komórek może się odbywać poprzez związanie się tych cząstek z receptorami na powierzchni komórek, jest to zazwyczaj proces kilkuetapowy, polegający na oddziaływaniu białek będących składnikami osłonki wirusa z kilkoma receptorami komórkowymi i zmianach konformacyjnych tych białek. Jednak wiele wirusów może się też posłużyć skróconą, bezpośrednią metodą infekcji i przenikać do sąsiednich komórek poprzez różnego typu połączenia międzykomórkowe, bez wydostawania się do środowiska na zewnątrz komórki. Taka bezpośrednia metoda transmisji międzykomórkowej określana po angielsku jako cell-to-cell spread sprzyja szybkiemu rozprzestrzenianiu się wirusów i chroni je przed obronnymi działaniami systemu immunologicznego. Ta droga przechodzenia z komórki do komórki jest znacznie mniej poznana niż wnikanie wirusów od zewnątrz. Celem naszego projektu jest lepsze zrozumienie transmisji cell-to-cell, która, jak wynika z ostatnich badań, dla wielu wirusów, np. dla wirusa HIV, jest preferowanym sposobem rozprzestrzeniania się w zakażonym organizmie.

Transport znakowanych (zielonych) cząsteczek wirusa BHV-1 przez połączenia międzykomórkowe typu nanorurki. Marker zielony: GFP związany z kapsydem wirusa, marker czerwony − mitochondria

Staramy się scharakteryzować geny i białka wirusowe uczestniczące w szybkiej transmisji wirusów oraz poznać współdziałanie z czynnikami komórkowymi. Naszym obiektem badań są głównie herpeswirusy, które po pierwotnym zakażeniu zostają w organizmie gospodarza na całe życie w stanie tzw. latencji (utajenia) i mogą się wielokrotnie reaktywować, co oznacza, że ukrywanie się przed odpowiedzią immunologiczną gospodarza (wywołaną w czasie pierwotnej infekcji) jest dla tych wirusów szczególnie ważne. Ok. 80% populacji ludzkiej jest zakażone w sposób chroniczny co najmniej dwoma wirusami z tej rodziny, takimi jak wirus opryszczki (HSV-1) i wirus cytomegalii (CMV), choć najczęściej u większości ludzi ta infekcja ma charakter utajony i nie powoduje objawów choroby. Szczepy herpeswirusowe o upośledzonej zdolności do cell-to-cell spread są całkowicie „niezjadliwe” i wykorzystuje się je jako szczepionki przeciw herpeswirusom zwierzęcym. Dotychczas jednak nie ma takich szczepów dla ludzkich herpeswirusów. Drugim modelem badawczym jest wirus zapalenia wątroby typu C (HCV), jeden z najgroźniejszych patogenów człowieka, który w bardzo ograniczonym zakresie może być hodowany w laboratorium i jest niezwykle zmienny, w związku z czym wciąż nie ma przeciwko niemu szczepionki. Wirus HCV atakuje głównie komórki wątroby, ale odnajdywany jest także w wielu innych komórkach, m.in. w limfocytach. Proces wnikania HCV do komórek jest coraz lepiej poznawany, choć daleko jest do jego pełnego zrozumienia. Dopiero niedawno odkryto, że ten wirus również może przenosić się bezpośrednio z komórki do komórki, bez wydostawania się na zewnątrz.

Nasze metody badawcze to konstrukcja mutantów wirusowych, modyfikacja genów zaangażowanych w transmisję międzykomórkową, badanie ich oczyszczonych produktów oraz analiza wzajemnych oddziaływań i ważnych funkcjonalnie domen. Ważnym podejściem eksperymentalnym jest bezpośrednia obserwacja poruszania się wirusów w żywych komórkach, możliwa dzięki użyciu znakowanych fluorescencyjnie „świecących” wirusów, które konstruujemy w naszym laboratorium. Dzięki tej metodzie udało się m.in. pokazać, że herpeswirusy mogą przemieszczać się pomiędzy odległymi od siebie komórkami poprzez długie i cienkie wypustki zwane „nanorurkami” (tunneling nanotubes). Zidentyfikowaliśmy niektóre białka komórkowe oddziałujące bezpośrednio z glikoproteiną gE, osłonkowym białkiem herpeswirusa zwierzęcego (BHV-1) niezbędnym do szybkiego przemieszczania się wirusów z tej grupy. Opracowaliśmy nowe metody pomiaru szybkości ich przemieszczania się wirusów drogą cell-to-cell, a wyniki naszych badań wskazują, że jest to droga bardzo często wykorzystywana w przebiegu naturalnej infekcji. Szczególnie interesuje nas bardzo słabo zbadane zagadnienie transportu wirusów pomiędzy komórkami różnego pochodzenia (np. komórkami nabłonkowymi wyścielającymi narządy zainfekowane przez wirusy) a komórkami krwi. Lepsze poznanie mechanizmów molekularnych związanych z szybkim rozprzestrzenianiem się wirusów pomiędzy komórkami może mieć wielkie znaczenie dla opracowania nowych metod kontroli infekcji powodowanych przez herpeswirusy i wirusa zapalenia wątroby typu C.

prof. dr hab. Krystyna Bieńkowska-Szewczyk

fot. Michał Łepecki

Kieruje Zakładem Biologii Molekularnej Wirusów na Międzyuczelnianym Wydziale Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Jest absolwentką Uniwersytetu Gdańskiego. W czasie pierwszych lat pracy zajmowała się biologią molekularną bakteriofagów i tej tematyki dotyczyła jej praca doktorska na Wydziale Biologii UG oraz staż podoktorski w University of San Francisco w Kalifornii. Podczas następnego stażu doktorskiego, pracując nad mechanizmem translacji poliowirusa w University of Utah (Salt Lake City, USA), zainteresowała się wirusami ludzkimi. Po powrocie do Polski stworzyła wraz z mężem, prof. Bogusławem Szewczykiem, nowoczesne laboratorium wirusologii molekularnej na Uniwersytecie Gdańskim, w którym obiektem badań są wirusy takie jak alfa-herpeswirusy, wirus zapalenia wątroby typu C, wirus grypy i liczne patogeny zwierzęce. W laboratorium używa się też innych wirusów, takich jak bakulowirus owadzi, retrowirusy i adenowirusy do ekspresji obcych genów i konstrukcji wektorów wirusowych. Grupa współpracuje z wieloma ośrodkami zagranicznymi, m.in. z Institute for Animal Health w Holandii i Instytutem Wirusologii w MRC w Glasgow. Prof. Bieńkowska-Szewczyk kierowała licznymi grantami naukowymi, była kierownikiem grupy partnerskiej w pięciu międzynarodowych projektach finansowanych z kolejnych Programów Ramowych UE. Wielokrotnie pełniła funkcję eksperta w programach Komisji Europejskiej. W 2011 r. została wyróżniona pełnieniem roli gospodarza prestiżowego kongresu naukowego International Herpeswirus Workshop, który odbył się w Gdańsku. Jest autorką ok. 50 publikacji w międzynarodowych czasopismach takich jak Journal of Virology, Virology, PNAS, Oncogene, Vaccine. Obecnie jest także zaangażowana w prace Międzynarodowego Centrum Badań nad Szczepionkami Przeciwnowotworowymi, powstałego z jej inicjatywy w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze FNP przy Uniwersytecie Gdańskim.

Data publikacji: 22.10.2018