Что такое гигантские вирусы

Американские биологи провели обширное метагеномное исследование с целью выявить функциональный состав геномов гигантских вирусов — как уже открытых, так и неизвестных науке (последние, естественно, изучаются пока только по нуклеотидным последовательностям). Гигантскими вирусами называется открытая в 2003 году группа очень крупных вирусов эукариот: они бывают крупнее некоторых клеток и имеют огромные геномы, в рекордных случаях тоже превосходящие размерами многие клеточные. Самые крупные известные представители гигантских вирусов паразитируют в пресноводных амебах. Анализ геномов показал, что у гигантских вирусов (особенно у семейства мимивирусов) есть аналоги множества клеточных генов, и в том числе генов, кодирующих ферменты метаболизма углерода. Многие гигантские вирусы имеют собственные ферменты гликолиза, глюконеогенеза и даже цикла Кребса. Соответствующие гены, конечно, были заимствованы вирусами от клеточных организмов. Но эти заимствования произошли давно (даже в эволюционном масштабе времени). Исследователей поразил сам факт, что у вирусов могут не только случайно появляться, но и устойчиво сохраняться в разных эволюционных ветвях гены, связанные с такими глубинными механизмами обмена веществ, которые раньше считались исключительной принадлежностью клеток.

Принято считать, что вирусы — это самые мелкие и самые простые живые организмы. Понимание того, что вирусы — отнюдь не бактерии, когда-то возникло под влиянием двух фактов: оказалось, что они, во-первых, невидимы под световым микроскопом, и во-вторых, свободно проходят сквозь фильтры, предназначенные для задержки бактерий. И то, и другое объясняется тем, что вирусы — а точнее, их компактные расселительные формы (вирионы) — как правило, чрезвычайно малы по меркам обычной биологии, изучающей животных, растения или даже микробов.

Для всех выделенных последовательностей авторы построили общее филогенетическое древо, добавив туда и некоторое количество референтных геномов, принадлежащих вирусам, которые уже заведомо известны (рис. 2). На этом древе вновь открытые вирусы распределились по шести семействам: оказалось, что большинство из них относится к мимивирусам и фикоднавирусам, а некоторые — к иридовирусам, асфарвирусам, марсельвирусам или питовирусам. Здесь, между прочим, хорошо видно, какое место занимает в современной биологии эволюционный подход. Раньше биологи сначала изучали живые организмы по отдельности, описывая в деталях их устройство, и только потом отваживались строить гипотезы о филогенетических отношениях между ними. Построенное филогенетическое древо было высшим уровнем исследовательской работы, ее венцом. Теперь же построение такого древа стало рутинной технической процедурой, и исследование (во всяком случае, биоинформатическое) с нее начинается. Авторы сначала выясняют хотя бы в общих чертах, какие места на филогенетическим древе занимают открытые ими существа, а уж потом переходят к подробностям.

Все это, однако, в целом было более или менее известно и раньше. Удивило исследователей другое. Оказалось, что у гигантских вирусов достаточно широко распространены гены, кодирующие ферменты, которые принимают участие в обмене углерода, в частности в таких процессах, как гликолиз (распад молекул глюкозы надвое, протекающий в несколько ступеней с выделением энергии) и глюконеогенез (синтез той же глюкозы из других соединений, например из аминокислот). Обмен углерода — это самая что ни на есть основа метаболизма живых клеток. Это центр, к которому сходятся все цепочки идущих в клетке химических реакций. Теперь выяснилось, что гигантские вирусы вторгаются даже сюда, причем очень основательно. Например, почти для каждого фермента гликолиза можно найти альтернативный ген, входящий в состав генома того или иного гигантского вируса. Особенно богато такими генами семейство мимивирусов, хотя и в других семействах они тоже встречаются. В нескольких вирусных геномах обнаружены блоки как минимум из двух генов, кодирующих ферменты смежных реакций гликолиза: иными словами, там фактически закодирован целый сплошной отрезок этого биохимического пути. У одного гигантского вируса есть гены, кодирующие аж 7 из 10 основных гликолитических ферментов, — то есть две трети реакций гликолиза этот вирус может провести сам, без поддержки клеточного генома. Причем вирусные ферменты гликолиза заметно отличаются от клеточных (в чем функциональный смысл отличий — еще предстоит разобраться, это интересная проблема). Можно ли после этого сомневаться в том, что у вирусов бывает свой метаболизм?

Еще интереснее, что у некоторых гигантских вирусов есть гены, кодирующие ферменты цикла Кребса, он же цикл трикарбоновых кислот (рис. 3). Цикл Кребса — это замкнутая цепочка химических реакций, служащая центром пересечения великого множества метаболических путей и являющаяся у организмов, дышащих кислородом, ключевым этапом клеточного дыхания (впрочем, цикл Кребса важен и в других отношениях). Казалось бы, ну зачем все это вирусам? Однако выяснилось, что не менее восьми ферментов цикла Кребса имеют у гигантских вирусов свои аналоги, причем более или менее широко распространенные. Соответствующих вирусных генов на самом деле еще больше: например, такой фермент, как сукцинатдегидрогеназа, состоит из трех субъединиц, каждая из которых кодируется отдельным геном — и все эти гены у вирусов есть. Пока, правда, не совсем понятно, как именно они их используют, но как-то используют точно: ген, на протяжении эволюционно значимого срока сохраняющийся в геноме в работоспособном состоянии, не может не иметь функции.

Рис. 3. Цикл Кребса, он же цикл трикарбоновых кислот. Ферменты цикла Кребса, гомологи которых есть у гигантских вирусов: цитратсинтаза (CS), аконитаза (ACON), изоцитратдегидрогеназа (ICD), изоцитратлиаза (ICL), сукцинатдегидрогеназа (SDA, SDB, SDC — три ее субъединицы), фумаратгидратаза (FH), малатсинтаза (MS), малатдегидрогеназа (MDH). Числа в цветных квадратиках — это число вирусных геномов, в которых обнаружен ген данного фермента. Они указаны отдельно для каждого семейства вирусов (см. легенду сбоку). Как видим, для некоторых ферментов эти числа измеряются десятками. Фрагмент иллюстрации из обсуждаемой статьи в Nature Communications

Источник: Mohammad Moniruzzaman, Carolina A. Martinez-Gutierrez, Alaina R. Weinheimer, Frank O. Aylward. Dynamic genome evolution and complex virocell metabolism of globally-distributed giant viruses // Nature Communications. 2020. V. 11. № 1. P. 1–11. DOI: 10.1038/s41467-020-15507-2.

Главная ≫ Инфотека ≫ Биология ≫ Гигантские вирусы отнесли к новой форме жизни

За последнее десятилетие биологи обнаружили несколько ранее неизвестных созданий природы, которые окончательно их запутали своими свойствами, а главное — размерами.

Вся жизнь на Земле делится на три надцарства или домена: бактерии, археи и эукариоты. Вирусов за живых организмов учёные никогда не считали. Вместо этого их называют инфекционными агентами, поскольку воспроизводиться они могут только внутри клеток хозяина. Но недавние открытия учёных заставили их усомниться в этой научной догме.

Первое открытие было сделано в 1992 году, когда биологи обнаружили мимивирус. Он обладал очень крупными размерами — около 500 нанометров в диаметре и 1,2 миллиона пар нуклеотидов. Затем в 2011 году Жан-Мишель Клавери (Jean-Michel Claverie) и Шанталь Абержель (Chantal Abergel) обнаружили ещё более крупный вирус. Он был найден в ходе анализа образцов, собранных у побережья Чили. Мегавирус (Megavirus chilensis) заражал и убивал амёб.

Открытие мегавируса подтвердилось, когда точно такого же "монстра" обнаружили у берегов Австралии. Он обладает ещё большими размерами — около 1 микрометра в длину и 0,5 микрометров в ширину, а его геном состоял из 1,9-2,5 миллионов оснований. Под микроскопом мегавирус выглядит как большое тёмное пятно, напоминающее бактериальную клетку. При этом по размерам он даже превышает некоторые эукариотические клетки, что само по себе очень удивительно.

Увеличенный снимок гигантского вируса (фото Chantal Abergel and Jean-Michel Claverie).

Но размеры — это не единственное, что делает гигантские вирусы уникальными: лишь 7% их генов были известны науке ранее.

"Мы вообще не понимали, что это за гены. Обнаружение гигантских вирусов сравнимо с открытием ящика Пандоры. Мы даже не можем себе представить, что будет с биологией после того, как мы изучим их подробнее", — говорит Клавери.

Интересно то, что места, где можно обнаружить гигантские вирусы, расположены в самых разных точках планеты. Во-первых, это говорит о том, что "мегавирусы" могут быть чрезвычайно распространены в природе, а во-вторых — что они довольно неприхотливы.

Самый интересный случай обнаружения вируса Пандоры (Pandoravirus salinus) рассказал Рольф Мишель (Rolf Michel), паразитолог из Центрального института при Медико-санитарной службе Германии (Zentraler Sanitätsdienst der Bundeswehr). Он нашёл гигантский вирус внутри амёбы, которая жила на поверхности контактной линзы женщины, страдавшей воспалением роговицы. "Когда я прочитал работу своих коллег, то понял, что это был пандоравирус. Но я и не предполагал, что вирусы вообще бывают такими!" — рассказывает учёный.

И всё же вирусы Пандоры не обладают признаками клеточных организмов, таких как бактерии. Они не производят собственные белки, энергию через аденозинтрифосфат и не размножаются с помощью деления клеток. Тем не менее, у них есть несколько ключевых генов и вирусный цикл жизни.

Пандоравирус под электронным микроскопом (фото Chantal Abergel and Jean-Michel Claverie).

Рассмотрев под электронным микроскопом загадочных созданий, изъятых из организмов амёб, исследователи увидели, что вирусы опустошают клетки хозяина, поглощая белки и ДНК. Из-за их активности разрушается ядро клетки амёбы (или любого другого организма-хозяина), а вирус Пандоры воспроизводится в количестве нескольких сотен копий и оставляет клетку открытой.

Теперь главная задача, которая стоит перед биологами, − определение происхождения гигантских вирусов. Для этого необходимо рассмотреть внимательно их гены и белки, которые они кодируют. Существует гипотеза, что вирусы Пандоры произошли от полноценных клеток. Если она подтвердится, то это будет означать, что предок гигантских вирусов сильно отличался от предков бактерий, архей и эукариотов.

"Мы считаем, что жизнь намного богаче, чем думают люди, и не укладывается в известные науке три домена. Некоторые клетки эволюционировали и стали живыми организмами, а другие избрали путь паразитизма и эволюционировали в вирусы", — поясняет Абержель.

Учёным предстоит провести масштабное исследование этих созданий природы, изучить их природу и происхождение. Кто бы мог подумать, что именно вирусы укажут на бесчисленное многообразие форм жизни и образуют целое новое надцарство.

О предварительных выводах биологов можно почитать в журнале Science, где недавно вышла статья Абержель, Клавери и их коллег.

Геном гостя из Брэдфорда, который для Рауля и Ла Сколы секвенировал биоинформатик Жан-Мишель Кловери, оказался еще более удивительным: 1,2 миллиона пар оснований — крупнее некоторых бактериальных геномов. 911 генов, кодирующих белки. И это при том, что некоторым вирусам достаточно всего четырех. Множество генов вообще были вирусологам в новинку, а кроме того, оказалось, что мимивирус — так французы назвали открытое ими чудо — обладал несколькими генами, до того считавшихся характерными только для живых организмов: генами, участвующими в синтезе белка, кусочками системы трансляции. Гигантская паразитирующая машина оказалась чуть-чуть живой.

На этом воодушевленные исследователи не остановились. Рауль несколько лет спустя обнаружит в парижской водонапорной башне еще одного гиганта, мамавирус, а на нем вирофага (именно так: вирус вируса), которого назовет Спутником. Кловери обнаружит в Тихом океане мегавирус, в чилийской реке и австралийском пруду — пандоравирус, а в сибирской 30-тысячелетней мерзлоте — питовирус совершенно невообразимых размеров даже на фоне других гигантов — полтора микрометра в длину!

Иронию Кунина можно понять: он уже не первый год находится по другую сторону баррикад в этом споре. И если на первый взгляд его последняя статья может показаться оправдывающей чаяния Рауля и других борцов за 4-й домен, то на самом деле, считает Кунин, все совсем наоборот.

Давайте для этого повнимательнее поглядим на нового участника этого сюжета и поймем, что мы уже о нем знаем.

Сточные воды Клостернойбурга

— Ну, если вам нужны метафоры, то отметьте, что удочки берутся только для конспирации, — поясняет Кунин, — а реально используется взрывчатка. Вы, так сказать, убиваете всю рыбу и потом уже ее перебираете. Берется капля грязной вонючей воды и секвенируется со страшной силой, так чтобы любая молекула ДНК там отсеквенировалась много раз. Когда мы ее секвенируем, ДНК определенным образом ломается, дробится. Потом мы начинаем ее анализировать, находить перекрытия в ее кусочках. А когда эти перекрытия длинные, а еще и повторяются не один раз, мы имеем право объединить эти сегменты. Если достаточно долго и упорно секвенировать, то можно собирать целые геномы, и не только такие, как у этих вирусов, но и те, что побольше.

Именно в метагеноме сточной австрийской воды ученые набрали достаточное количество генного материала, чтобы собрать геномы четырех гигантских вирусов, каждый из которых больше, чем все прежде известные, напоминает клеточную жизнь. Кунин начинает с того, что заранее отвечает на вопрос, который ему в последние дни постоянно задают журналисты: вероятно ли, что собранные им и его коллегами из осколков генома вирусы — не более чем рукотворные химеры?

— Какие-то неточности в сборке могут быть, конечно. Но если они и есть, то небольшие, потому что это делалось очень тщательно. Мои коллеги проводили секвенирование с очень большой глубиной, выделялись надежные совокупности последовательностей с определенной частотой нуклеотидов, что свидетельствует об их происхождении из одного генома. Но что еще важнее, эти геномы содержат то, что нужно, и в нужном числе копий, а ненужного — не содержат. Так что пусть тот, кто считает, что это химера, посчитает вероятность того, что это произошло случайно, — тогда и поговорим.

Корень древа жизни

Почему это важно?

Усложнение, а не упрощение

Разница между теми, кто ратует за введение четвертого домена, и их оппонентами заключается в том, в какую, по их мнению, сторону двигаются гигантские вирусы в ходе своей эволюции. Кто-то, как Рауль, полагает, что это наследники древних исполинов, деградировавшие к сегодняшнему дню до такого состояния, в котором их даже нельзя назвать живыми. В то время как его оппоненты, наоборот, видят историю гигантских вирусов как историю усложняющихся систем.

И в этой оппозиции обнаружение клоснойвируса действительно многое меняет: филогенетический анализ его генома иллюстрирует правоту второй позиции. Кунин и коллеги демонстрируют, что все гены, имеющие отношение к почти-что-системе-трансляции клоснойвируса имеют эукаритическое происхождение, то есть когда-то были позаимствованы у по-настоящему живых существ. И, что самое главное, взяты эти гены были у разных хозяев и в разные периоды, подчеркивает Кунин:

— Когда мы реконструируем эволюцию этих вирусов, становится ясно, что все эти гены приобретены в разное время. Есть такие, которые приобретены очень давно, общим предком мимивирусов и клоснойвирусов. Другие приобретались в начале эволюции именно клоснойвирусами. Третьи вообще приобретались индивидуально.

Не приходится удивляться, что при таких вводных природа вирусов первое время была совершенно загадочна. Вирус мог оказаться мельчайшим живым организмом, а мог и просто ядовитой молекулой. Лет 100 назад биологи вполне допускали и то и другое.

В 1935 году американский биохимик Уэнделл Стэнли ухитрился не только выделить из табачного сока вирус табачной мозаики, но и кристаллизовать его — так, как если бы это была обычная молекула. В то время это произвело сенсацию, тем более что под микроскопом вирусы на тот момент еще никто не видел. Неудивительно, что, получив этот результат, Стэнли посчитал вирус просто белковой молекулой, пусть и имеющей кое-какие особые свойства…

…Постепенно биологам становилось ясно, что вирус…— это мелкий (не больше 200 нанометров) инфекционный агент, не обладающий автономностью и не способный размножаться делением, в отличие от живых клеток… Любой вирус обязательно содержит помимо белка нуклеиновую кислоту, но только одного типа — или ДНК, или РНК. Последнее резко отличает вирусы от живых клеток, в состав которых… всегда входят оба типа нуклеиновых кислот…

В любом случае такие взгляды подразумевали, что вирусы — это по сути своей нечто более простое, чем клетки. Гораздо, качественно более простое. Иная ступень устройства природы, если угодно.

Мимивирус

Все гигантские вирусы оказались ДНК-содержащими, причем ДНК у них двуцепочечная. Прочтение генома мимивируса показало, что этот геном состоит из 1,18 миллиона пар нуклеотидов и включает 979 генов, кодирующих белки… Он приближается по величине к геномам клеточных организмов — и не просто приближается, а вполне достигает их размеров…

Но ведь и мимивирус не уникален. Исследования быстро показали, что гигантских ДНК-содержащих вирусов в природе не так уж мало.

За прошедшие годы было открыто еще несколько близких друг к другу родов гигантских ДНК-содержащих вирусов. Они получили разнообразные названия: марсельвирусы, мамавирусы, мегавирусы, пандоравирусы, молливирусы, питовирусы и даже моумоувирусы…

Клоснойвирус

Впрочем, полного аппарата трансляции, способного к самостоятельной работе, нет и у клоснойвируса. У него полностью отсутствуют гены, кодирующие рибосомную РНК и рибосомные белки… — это, как мы уже говорили, одно из самых главных различий между вирусами и клетками. По этому признаку никаких переходных форм между ними пока не видно.

Так или иначе, открытие гигантских вирусов смело можно назвать одним из важнейших в современной биологии. Оно целиком датируется XXI веком. Открытие гигантских вирусов заметно изменило наши представления о структуре живой природы в целом. Конечно, никто не утверждает, что пандоравирус устроен сложнее кита-полосатика. Верхний предел сложности (даже чисто генетической) у клеточных организмов явно гораздо выше; это видно хотя бы по размерам их геномов. Но вот сказать, что любая клетка устроена сложнее любого вируса, теперь нельзя никак.

Итак, главный вывод: вирусы и клеточные организмы существенно перекрываются друг с другом как по размеру, так и по сложности. Это не две эволюционные ступени, а две ветви…

…Бросается в глаза, что есть как минимум две важные группы генов, свойственных клеткам, но не свойственных вирусам. Это гены энергетического обмена и гены, ответственные за создание рибосом. У подавляющего большинства вирусов никаких генов энергетического обмена нет вообще, а если даже они есть, то кодируют только отдельные ферменты, но не полную систему синтеза АТФ … Судя по биоинформатическим данным, последний общий предок всех клеточных организмов имел как минимум 34 рибосомных белка, и эти белки (вместе с кодирующими их генами) сохранились у всех бактерий, архей и эукариот. У вирусов же нет ни одного из них.

Бактерий, архей и эукариот можно с полным основанием назвать рибосомокодирующими организмами (ribosome-encoding organisms, REO). Этот признак четко отделяет всех их, вместе взятых, от вирусов.

Вирусы можно с полным основанием назвать капсид-кодирующими организмами (capsid-encoding organisms, CEO). Этот признак четко отделяет их от всех, кто состоит из клеток.

Икосаэдрические капсиды аденовируса

Экард Виммер

Все вирусы кодируются геномами, равно как и все живое на нашей планете, от бактерий до млекопитающих. Большинство вирусных геномов строится на основе ДНК, но некоторые — на основе РНК. На самом деле вирусы — это единственные организмы, использующие РНК-код. Это заставляет некоторых биологов думать, что вирусы могли появиться на гипотетическом этапе эволюции, известном как РНК-мир, который, как считают сторонники этой теории, предшествовал нашему миру, построенному на базе ДНК. РНК в отличие от ДНК может реплицироваться без помощи белковых энзимов. Соответственно для перехода от первичного бульона химических веществ к самовоспроизведению на основании РНК потребовался бы совсем крохотный шаг. Вирусы являются облигатными паразитами, то есть всегда рождаются в клетках своих носителей. Они умирают, как и бактерии, под влиянием нагревания или токсичных химикатов. Они также проходят жизненные циклы, включающие репродуктивную фазу, что является еще одной базовой характеристикой живого организма. Следующий и, вероятно, самый важный вопрос звучит так: развиваются ли вирусы в соответствии с установленными эволюционными механизмами? Да, именно так они и делают.

Геномы вирусов мутируют быстрее, чем геномы любых других известных нам организмов. Этим частично объясняется, почему человеческому организму так сложно бороться с вирусом ВИЧ-1. Через год или два после инфицирования в одном пациенте развиваются миллионы различных модификаций вируса. Сами по себе вирусы не обладают эпигенетическими системами наследования, но иногда, проникая в ядра клеток носителя, они захватывают его систему. Способны ли они на гибридизацию? И снова можно привести множество ярких примеров — вспомните хотя бы новые пандемические вирусы гриппа, которые регулярно сеют панику во всем мире. Доступна ли вирусам симбиотическая эволюция, или, говоря научным языком, генетический симбиогенез? Ниже я расскажу, почему они являются идеальным примером этого явления.

Итак, почему некоторые ученые настаивают, что вирусы нельзя отнести к живому миру? Насколько я понимаю, это представление развивалось исторически на основании неверной предпосылки о возникновении вирусов.

Когда в середине ХХ века ученые пытались дать определение жизни, мы знали о вирусах еще очень мало, и биологи пришли к договоренности о том, что минимальным требованием к признанию организма живым должно являться наличие клеточной мембраны, внутри которой содержатся энзимные и биохимические средства для обмена веществ. Мне кажется, что создатели этого определения специально приложили усилия, чтобы исключить вирусы из понятия живого. Почему существо, имеющее клеточную мембрану, считается живым, а существо с вирусной оболочкой — нет? Что касается требования о наличии внутреннего обмена веществ, то на это способно лишь небольшое количество так называемых автотрофных бактерий. Выживание всех прочих форм жизни, включая нас самих, зависит от основных аминокислот, жирных кислот и витаминов, которые они получают из других организмов. Некоторые ученые считают, что вирусы следует исключить из мира живого из-за их паразитической природы, но ведь и многие виды бактерий также являются облигатными паразитами.

ВИЧ-1, основной возбудитель заболевания, часто распространяется при незащищенном половом контакте (вагинальном, анальном или оральном). Вирус проникает в организм человека через ткани слизистых. Он также может напрямую попасть в кровь, если зараженный и здоровый человек воспользуются одним и тем же оборудованием для инъекций, и передаться от матери ребенку во время беременности, родов и кормления грудью. Даже на этом эпидемическом этапе, когда вирус действует как эгоистичный генетический паразит, уже можно говорить о начале симбиотической эволюции. Международные исследования показали, что скорость прогрессирования болезни у зараженных людей зависит от подтипа гена человека, известного под названием HLAB. Это один из генов, определяющих характер иммунного ответа при трансплантации органов. Распределение подтипов HLAB по человеческой популяции влияет на эволюцию вируса, а сам вирус за счет летальности некоторых подвидов одинаковых подтипов генов изменяет генофонд человечества.

Точно так же, как колибри и цветы, люди и вирусы влияют на эволюцию друг друга. Именно такого паттерна можно ожидать от симбиотического эволюционного развития.

Это не означает, что вирус одновременно не развивается самостоятельно или того же не происходит с человечеством. В то же время естественный отбор начинает влиять не только на людей и вирусы по отдельности, но и на симбиоз в целом. Вирусологи называют этот паттерн паразитического взаимодействия коэволюцией. С симбиологической точки зрения мы наблюдаем, как союз, начавшийся с паразитизма, со временем может превратиться во взаимовыгодное сотрудничество.

Вирус ВИЧ-1 выборочно поражает иммунные клетки — лимфоциты, носящие название CD+T-хелперы. Мембраны этих клеток содержат важный иммуноглобулин CD4, который способствует слиянию клетки и вирусной оболочки. Так, вирусный геном проникает в ядро, где собственный энзим вируса, называемый обратной транскриптазой, превращает РНК-геном вируса в его ДНК-эквивалент, а затем с помощью энзима интегразы интегрирует его в геном ядра. Это удивительное влияние геномов вируса и носителя является важным шагом. После него вирус может отдать геному носителя команду производить дочерние вирусы, которые будут распространяться на другие клетки и повторять тот же процесс. Таким образом вирус будет постепенно двигаться по крови и тканям зараженного человека.

Обратите внимание на то, какую большую роль в атаке на иммунную систему носителя играет оболочка вируса, как вирус находит свою цель и как сливается с мембраной выбранной клетки, чтобы захватить ее. По мере распространения вирус снова и снова будет использовать свою оболочку, чтобы избежать противодействия иммунной системы, при этом захватывая и убивая все больше и больше клеток с CD4. По мере развития болезни вирус достигнет такой стадии, на которой в организме каждый день будут производиться миллиарды его дочерних копий. При этом они будут мутировать с огромной скоростью. Именно из-за этого быстрого распространения и стремительной мутационной эволюции вируса в организме зараженного человека с ним так сложно справиться без медицинского вмешательства. Во время фазы роста вирус проникает в половые органы, семенники и яичники, а также в железы человеческого организма, делая заразными семенную жидкость, вагинальные выделения и слюну человека для максимального распространения между носителями.

Точно так же, как ретровирус вводит свой геном в клетки CD4, многие ретровирусы поступают с зародышевыми клетками своих носителей, то есть со сперматозоидами и яйцеклетками. Это можно наблюдать на примере эпидемии ретровируса, поразившей коал в восточной части Австралии примерно 100 лет назад. Эта острая инфекция показывает нам, какой ужасной силой может обладать вирус, передающийся половым путем. Вирусологи подтверждают, что заражены уже все животные на севере страны, и эпидемия движется на юг. Со временем все коалы, кроме островных популяций, окажутся зараженными этим вирусом. Из-за вируса у животных развивается лейкемия и лимфосаркома, и уровень смертности очень велик. Изначально биологи беспокоились, что из-за эпидемии австралийским коалам может грозить вымирание, но, судя по всему, этого не произойдет. Ретровирус уже воздействует на половые клетки коал, так что в хромосомах этих животных уже присутствует от 40 до 50 вирусных локусов, которые они передадут потомкам. Так как голобионтический геномный союз имеет место в рамках ядерного, а не митохондриального генома, вставки ретровируса в геном коалы будут наследоваться в соответствии с классическими законами Менделя.

На сегодня вирус ВИЧ-1 еще не проник в половые клетки человека. Некоторые вирусологи полагают, что это невозможно, потому что ВИЧ принадлежит к подгруппе ретровирусов, называемых лентивирусами, которые не проходят процесс эндогенеза. Однако недавно лентивирусы были обнаружены в половых клетках европейских кроликов и мадагаскарских лемуров, которые, как и мы, являются приматами. Станет ли ВИЧ когда-нибудь частью нашего организма — неизвестно. Мы знаем, что множество ретровирусов попадали в зародышевые линии человека и его предков и влияли на эволюцию нашего генома, поэтому около 9% его на сегодня состоит из ретровирусной ДНК. Ретровирусы, способные захватывать геном своего млекопитающего хозяина, называются эндогенными ретровирусами, или ЭРВ (ERV), в то время как разнообразные инфицирующие ретровирусы носят название экзогенных. Эндогенные ретровирусы человека обозначаются аббревиатурой ЭРВЧ (HERV). Она объединяет от 30 до 50 семейств вирусов, которые в свою очередь подразделяются на более чем 200 групп и подгрупп. Последние из этих эволюционных линий, попавшие в геном предков человека, называются HERVK, десять их подтипов являются исключительно человеческими.

Каждое семейство и подсемейство ЭРВЧ было приобретено нами в ходе отдельного процесса геномной колонизации, вторжения, произошедшего во время поразившей наших предков ретровирусной эпидемии. Учитывая, что мы видим сегодня на примере СПИДа и эпидемии коал, можно представить довольно мрачную картину выживания раннего человечества между волнами заболеваний. Когда две группы ученых восстановили первоначальный геном последнего ретровируса, обосновавшегося в человеческом организме, они обнаружили, что им был крайне заразный экзогенный ретровирус, обладающий патогенным потенциалом в тканевых культурах. Приятно понимать, что мы являемся наследниками победителей. Но сегодня нам следует учитывать последствия воздействия ретровирусов, которые все еще продолжают проникать в развивающийся человеческий геном.

Когда ретровирус захватывает половую клетку, он действует как паразит, и геном носителя начинает борьбу против его нападения. Эта борьба продолжается даже в том случае, если защитникам приходится то и дело менять оружие, когда вирусный геном уже колонизировал зародышевую линию и создал вирусные локусы в хромосомах. Антитела уже не будут эффективны против такого генома, поэтому в дело вступят другие приемы деактивации вирусных локусов, например эпигенетическое глушение, о котором я расскажу подробнее в следующей главе. Но такие эпигенетические меры, как метилирование вирусных локусов, не являются окончательным решением для подавления патогенного вируса. Для постоянного глушения потребуются мутации — либо наносящие вред вирусным генам и регуляторным регионам, либо вводящие нежелательные генетические последовательности в вирусный геном. В то же время постоянное присутствие вирусного генома в зародышевой линии носителя, зачастую в виде множества копий, распределенных по хромосомам, вводит новые возможности для симбиотического генетического взаимодействия между двумя разными геномами. С течением времени количество таких возможностей возрастает.

Читайте также:

Пожалуйста, не занимайтесь самолечением!
При симпотмах заболевания - обратитесь к врачу.