Вирус который нашли в вечной мерзлоте

МОСКВА, 15 янв — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Недавно в вечной мерзлоте нашли и активировали гигантские вирусы возрастом в несколько десятков тысяч лет. Заражают они только амеб, но, как знать, не оттает ли в Арктике, которая теплеет быстрее других регионов планеты, что-то более зловредное.

Слишком крупные

Вирусы — это крошечные микроорганизмы, не видимые в обычный микроскоп и проникающие сквозь стерилизационные фильтры. Их открыл русский ученый Дмитрий Ивановский более ста лет назад. Однако в наше время эти представления пришлось уточнить. Ученые выявили вирусы размером в микрометр и больше. Их назвали гигантскими — они уже видны в оптический микроскоп.

Исследователи признают, что заметить гигантские вирусы ранее препятствовал "эпистемологический барьер": все, что крупнее 0,3 микрометра, априори относили к бактериям. Вот почему гигантский мимивирус, выделенный из канализационных стоков в английской больнице, где лежали больные во время вспышки пневмонии 1996 года, идентифицировали, собственно, как вирус только в 2003-м.

В 2014 году два семейства гигантских вирусов обнаружили в образцах грунта из вечной мерзлоты, добытых на северо-востоке Якутии. Им 30 тысяч лет.

"В нашей лаборатории мы изучали амеб и других протистов, сохраняющихся в вечной мерзлоте. Когда открыли гигантские вирусы, французские ученые предложили нам сотрудничать и поискать эти организмы в Сибири", — рассказывает Любовь Шмакова, старший научный сотрудник лаборатории криологии почв Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.

Эти существа назвали питовирусами (Pithovirus sibericum) и молливирусами.

Богатый вирусный геном

Сейчас известны четыре семейства гигантских вирусов — мимивирусы, пандоравирусы, питовирусы и молливирусы. Все они заражают акантамеб — обитающих в почве одноклеточных. Найденный в мерзлоте питовирус — самый крупный, его длина 1,5 микрометра.

Содержимое вируса завернуто в своеобразный складчатый конверт толщиной 60 нанометров, изнутри выложенный липидами. Чтобы проникнуть в амебу, питовирус мимикрирует под бактерию. Когда он оказывается внутри клетки, в его оболочке открывается отверстие, липидная мембрана разрывается, образуя канал, по которому содержимое вируса выдавливается в цитоплазму жертвы. В результате в амебе возникает что-то вроде фабрики по репликации копий полноценных вирусов.

Удивительно то, что "фабрики" могут быть атакованы частичками тех же самых гигантских вирусов — вирофагами. Первые из обнаруженных вирофагов назвали русским словом "спутник" (Sputnik), имея в виду, что они всегда сопровождают вирус, словно орбитальные аппараты планету. У спутников есть собственный крохотный геном, кодирующий 21 белок. Попав на "фабрику" с ее ресурсами, вирофаг впрыскивает белки и размножается. То есть это паразит внутри паразита.

У обычных вирусов очень маленький, редуцированный до минимума геном, содержащий несколько сотен тысяч пар оснований. Ведь все необходимое для жизнедеятельности и размножения они берут от организма-хозяина. Геном же гигантского вируса довольно большой. К примеру, у пандоравируса 2770 тысяч пар оснований и 2556 генов, кодирующих белки. Причем, функции 2155 из них неизвестны. Для сравнения — у обычных вирусов вообще нет белков. Из-за этого ученые одно время считали гигантов чем-то ближе к клетке. Однако их главное отличие неоспоримо: у них нет рибосом и РНК, они не синтезируют АТФ и не размножаются делением. Так что и спустя полвека критерии, по которым определяют вирусы (предложенные, кстати, Андре Львовым, французским микробиологом русского происхождения), не удалось поколебать.

"Мы открыли только два семейства гигантских вирусов в вечной мерзлоте и теперь продолжаем поиск. Еще остается много вопросов: например, насколько разнообразны эти организмы, каким образом они сохраняются в земле", — поясняет исследовательница.

Сородич или конкурент

Богатый геном гигантских вирусов озадачил ученых и вызвал дискуссию об их происхождении. Согласно одной из гипотез, у вирусов не было общего предка, они произошли от неких протоклеточных форм, которые более трех миллиардов лет назад конкурировали с последним универсальным общим предком (Last universal common ancestor, или LUCA), от которого произошли все живые существа. Эти протоклетки проиграли LUCA, но не исчезли со сцены, а приспособились паразитировать на его потомках.

Невероятно, но факт: замерзшие десятки тысяч лет назад гигантские вирусы удалось реанимировать. Причем в качестве наживки ученые использовали современных амеб. Кстати, их древних предшественников Любови Шмаковой удалось оживить еще в 2005 году.
Гигантские вирусы сохранились до наших дней. Ученые описывают все больше их современных представителей не только в акантамебах, но и в других протистах.

Опасны ли древние микробы

Гигантские вирусы вновь обострили вопрос об опасности древних инфекций. В статье "Re-emerging infectious diseases from the past: Hysteria or real risk?" ("Воскрешение инфекционных заболеваний прошлого: истерия или реальный риск"), одним из соавторов которой выступил первооткрыватель питовируса Жан-Мишель Клаверье (Jean-Michel Claverie) из Марсельского института микробиологии, ученые напомнили о вспышке сибирской язвы, случившейся в 2016 году на Чукотке, после того как оттаяли скотомогильники столетней давности. Вдруг и древний вирус вызовет эпидемию? Ведь мы до сих пор не знаем, почему вымерли неандертальцы — может, и от инфекции. И произошло это как раз примерно 30 тысяч лет назад. Если так, то по мнению авторов работы, оживший микроб может быть для нас еще более опасен, поскольку мы с ним никогда не контактировали. Впрочем, подхватить гигантский вирус из мерзлоты людям не грозит, уверяют ученые, поскольку он поражает только амеб.

"Если рассуждать здраво, то риск минимален, — заключает Шмакова. — Представьте себе, что мерзлота оттаивает каждое лето и все ее содержимое попадает в природу. Да и люди в тех местах, где нашли гигантские вирусы, тогда не жили, поэтому вряд ли там есть микробы, опасные для нас. В любом случае говорить об этом сейчас можно только гипотетически".

На протяжении истории нашей планеты люди сосуществовали с бактериями и вирусами. Мы искали способы противостоять бубонной чуме и оспе, а они в ответ искали способы нас заражать. Вот уже почти сто лет мы пользуемся антибиотиками, с тех пор как Александр Флеминг открыл пенициллин. В ответ на это бактерии обзавелись устойчивостью к антибиотикам. Битве нет конца. Мы проводим так много времени с патогенами, что по очереди заводим друг друга в тупик. Однако что произойдет, если мы внезапно столкнемся со смертельными бактериями и вирусами, которых не встречали уже тысячи лет либо не видели никогда?

Опасный вирус можно обнаружить даже в леднике

Возможно, мы скоро это узнаем. Изменения климата выливаются таянием вечномерзлых почв, которые были заморожены в течение тысяч лет, и по мере таяния почв выходят древние вирусы и бактерии, которые оживают и возвращаются к жизнедеятельности.

В августе 2016 года в далеком уголке сибирской тундры, на полуострове Ямал, умер 12-летний мальчик и не менее двадцати человек были госпитализированы после заражения сибирской язвой.

Было выдвинуто предположение, что более 75 лет назад олень, зараженный сибирской язвой, умер и его замороженный скелет оказался в ловушке под слоем мерзлой почвы, под вечной мерзлотой. Там он оставался до лета 2016 года, когда из-за сильной жары вечная мерзлота оттаяла. Тем самым выпустила труп оленя и инфекцию сибирской язвы в ближайшие воды и почвы, а после и в продовольственный запас. Люди оказались под угрозой.

Страшно то, что это может быть не одиночный случай.

Откуда берутся вирусы

Сибирская язва не зря так называется

Земля нагревается и оттаивает больше вечной мерзлоты. При нормальных условиях поверхностные слои вечной мерзлоты глубиной около 50 сантиметров подтаивают каждое лето. Но глобальное потепление постепенно обнажает старые слои мерзлоты.

Замерзшая многолетняя почва — идеальное место для того, чтобы бактерии оставались живыми в течение длительных периодов времени, возможно, миллионы лет. Это означает, что тающий лед потенциально может открыть ящик Пандоры с болезнями.

Температура в полярном круге быстро растет, примерно в три раза быстрее, чем в остальном мире. Наружу могут выйти и другие инфекционные агенты.

Только в начале 20 века более миллиона северных оленей погибли от сибирской язвы. На севере не так-то просто выкопать глубокие могилы, поэтому большинство этих туш похоронили близко к поверхности, в 7000 разбросанных захоронениях на севере России.

Что находится под ледниками

Под мерзлой почвой можно обнаружить удивительные находки

В 1890-х годах в Сибири прошла серьезная эпидемия оспы. Один город потерял до 40% своего населения. Тела были захоронены под верхним слоем вечной мерзлоты на берегу реки Колымы. Через 120 лет наводнения Колымы начали разрушать берега, и таяние вечной мерзлоты ускорило этот процесс эрозии.

В проекте, который начался в 1990-х годах, ученые из Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии в Новосибирске изучили остатки людей каменного века, обнаруженных в южной Сибири, в районе Горного Алтая. Они также изучили образцы из трупов людей, которые умерли во время вирусных эпидемий в 19 веке и были захоронены в вечной мерзлоте России.

Ученые говорят, что нашли тела с язвами, характерными для следов оспы. Хотя они и не обнаружили сам вирус оспы, они обнаружили фрагменты ДНК.

Конечно, это не первый случай, когда бактерии, замороженные во льду, снова оживают.

В исследовании 2005 года ученые NASA успешно возродили бактерии, заключенные в замороженном пруду на Аляске в течение 32 000 лет. Микробы под названием Carnobacterium pleistocenum были заморожены со времен плейстоцена, когда шерстяные мамонты все еще бродили по Земле. Как только лед растаял, они снова начали плавать как ни в чем не бывало.

Два года спустя ученым удалось возродить бактерию возрастом 8 миллионов лет, которая спала во льду под поверхностью ледника в долинах Бикон и Маллинз в Антарктиде. В то же исследовании бактерий восстановили из льда, которому было более 100 000 лет.

Однако не все бактерии могут вернуться к жизни после замораживания в вечной мерзлоте. Бактерии сибирской язвы могут это сделать, потому что образуют чрезвычайно выносливые споры, которые могут жить в замороженном состоянии очень долго.

Другие бактерии, которые могут образовывать споры, а значит и выживать в вечной мерзлоте, включают столбняк и Clostridium botulinum, ответственную за ботулизм: редкое заболевание, которое может вызвать паралич и привести к смерти. Некоторые грибы также могут выжить в вечной мерзлоте в течение длительного времени.

Чем болели люди

Некоторые вирусы также могут выживать в течение длительных периодов времени.

Сразу после возрождения вирусы стали заразными. К счастью для нас, конкретно эти вирусы заражают только одноклеточные амебы. Тем не менее исследование предполагает, что другие вирусы, которые могут заражать людей, тоже могут быть возрождены.

Более того, глобальное потепление необязательно должно плавить вечные мерзлоты, чтобы представлять угрозу. Поскольку арктический морской лед тает, северный берег Сибири становится легче достичь по морю. Очевидно, становится более выгодным промышленное его освоение, включая добычу золота и минералов, бурение нефтяных скважин, добыча природного газа.

Гигантские вирусы могут стать наиболее вероятными виновниками вирусной вспышки.

Так под микроскопом выглядит Bacillus cereus

Клавери говорит, что могут проявиться вирусы от самых первых людей, населявших Арктику. Мы могли бы даже увидеть вирусы давно вымерших видов гоминид вроде неандертальцев и денисовцев, которые обосновались в Сибири и подвергались воздействию различных вирусных заболеваний. В России находили останки неандертальцев возрастом 30-40 000 лет. Популяции людей жили там, болели и умирали тысячи лет.

С 2014 года Клавери анализирует содержание ДНК в многолетней мерзлоте в поисках генетической сигнатуры вирусов и бактерий, которые могут инфицировать людей. Он нашел множество бактерий, которые могут быть опасны для людей. У бактерий есть ДНК, которая кодирует факторы вирулентности: молекул, которые производят патогенные бактерии и вирусы, которые увеличивают их способность заражать хозяина.

Команда Клавери также обнаружила несколько последовательностей ДНК, которые, кажется, взялись от вирусов, включающих герпес. Но следов оспы пока не нашли. По очевидным причинам они не пытались возродить какой-либо из патогенов.

Вполне может быть, что патогены, от которых уже отвыкли люди, могут проявиться и в других местах, а не только из льда или вечной мерзлоты.

Микробы и бактерии — в чем разница?

В феврале 2017 года ученые NASA заявили, что нашли микробов возрастом 10-50 000 лет в кристаллах в мексиканской шахте. Эти бактерии были расположены в Пещере Кристаллов, части шахты в Найце в северной Мексике. Пещера содержит много молочно-белых кристаллов минерального селенита, который образовался за сотни тысяч лет.

Бактерии были заперты в маленьких, жидких карманах кристаллов, но как только их вытащили, они возродились и начали размножаться. Эти микробы генетически уникальны и вполне могут быть новыми видами, но ученые пока не опубликовали свою работу.

Некоторые бактерии живут тысячи лет

В пещере Лечугилья в Нью-Мексико, в 300 метрах под землей нашли еще более старых бактерий. Эти микробы не видели поверхности более 4 миллионов лет. Пещера никогда не видела солнечного света и была изолирована в течение 10 000 лет от поверхностных вод.

Поскольку бактерии оказались полностью изолированы в пещере в течение четырех миллионов лет, они не вступали в контакт с людьми или антибиотиками, которыми мы лечим инфекции. Выходит, их устойчивость к антибиотикам появилась как-то иначе.

Ученые считают, что бактерии, которые не наносят вред людям, среди многих других вырабатывают естественную устойчивость к антибиотикам. То есть эта самая устойчивость к антибиотикам существует в течение миллионов или даже миллиардов лет.

Очевидно, такая антибиотикорезистентность не могла развиться в клинике в процессе использования антибиотиков.

Причиной этого является то, что многие виды грибов и даже другие бактерии естественным образом производят антибиотики, чтобы получить конкурентное преимущество перед другими микробами. Именно так Флеминг впервые обнаружил пенициллин: бактерии в чашке Петри умерли после загрязнения вырабатывающими антибиотики плесневыми грибами.

В пещерах, где мало еды, организмы должны быть безжалостными, если хотят выжить. Бактерии вроде Paenibacillus, возможно, должны были развить устойчивость к антибиотикам, чтобы избежать смерти от конкурирующих организмов.

Это объясняет, почему бактерии устойчивы только к естественным антибиотикам, которые поступают от бактерий и грибов, и составляют около 99,9% всех используемых нами антибиотиков. Бактерии никогда не сталкивались с искусственными антибиотиками, поэтому не имеют к ним сопротивления.

Первые многоклеточные организмы

Хотя Paenibacillis не вреден для человека, в теории он может передать свою антибиотикорезистентность другим патогенам. Но поскольку он изолирован под 400 метрами пород, это кажется маловероятным.

Тем не менее природная антибиотикорезистентность к антибиотикам, вероятно, так распространена, что многие из бактерий, выходящих из тающей вечной мерзлоты, могут уже ею обладать. В подтверждение этого в исследовании 2011 года ученые извлекли ДНК из бактерий, обнаруженных в вечной мерзлоте возрастом 30 000 лет в Беринговом море. Они нашли гены, кодирующие устойчивость к бета-лактамным, тетрациклиновым и гликопептидным антибиотикам.

Опасность микробов для человека

Еще есть мнение, что не стоит игнорировать риски, когда мы не можем их количественно оценить.

Её таяние может преподнести человечеству опасные сюрпризы

В вечной мерзлоте застыли вирусы, которым может быть как 30-50 тысяч лет, так и всего одно-два столетия, например, сибирская язва или чума. И когда грунт начинает подтаивать, есть вероятность, что они вырвутся наружу. Таяние может преподнести и другие сюрпризы — например, в северных районах начинает ходить фундамент зданий. Чего стоит опасаться и к чему готовиться, рассказал изданию заместитель директора Института географии РАН, кандидат географических наук Николай Осокин. Он убеждён: потепления нужно не бояться, а просто подстраиваться под него и не экономить на безопасности.

Вечная мерзлота — это верхняя часть земной коры, которая постоянно находится в замёрзшем состоянии и чаще всего содержит в себе лёд. В России примерно 60 процентов суши находится в зоне вечной мерзлоты. В основном, это Север Дальнего Востока, Якутия, Север Забайкалья, Север Западной и Восточной Сибири и другие северные территории европейской части. Мерзлота неоднородна — где-то толщина промёрзшего грунта несколько десятков, где-то несколько сотен метров. Максимум зафиксировали в Якутии в 1982 году: на участке в верховьях реки Вилюй она залегает на 1370 метров — эта глубина сравнима с высотой одной из Уральских гор Ослянкой.

И конечно, все слышали, что вечная мерзлота тает. Недавно были опубликованы последние исследования — оказалось, что в среднем по Земле температура вечной мерзлоты с 2007 года выросла на 0,29 градусов, но это процесс неоднородный. В Альпах, Гималаях и Скандинавских горах она увеличилась на 0,19 градусов, а в Сибири — на 0,9 градуса. Об этом говорилось в публикации в журнале Nature Communications.

Ничто не вечно — даже мерзлота

Но есть ещё как минимум две причины. Одна — высота снега. Чем его больше выпадает за зиму, тем сильнее тает мерзлота. Дело в том, что снег выполняет функцию теплоизолятора — укрывает землю одеялом, которое не даёт проникнуть холоду вглубь земли и хорошенько проморозить её. И наоборот — если снега выпало слишком мало, то даже если не будет сильных морозов, вечная мерзлота будет сохраннее. Поэтому в некоторых районах наблюдается интересный эффект — температура грунта не поднимается, а наоборот, снижается. Но это частности.

Дело в том, что для районов вечной мерзлоты очень важен растительный покров. В Арктике, в первую очередь, речь идёт о мхе. И учёные Института географии РАН провели эксперимент на Шпицбергене, который показал, что стоит убрать участок мха, как температура почвы в этом месте за сезон повышается на два-четыре градуса. А это такая же величина, на которую грунт, если его не трогать, прогреется только через сто лет.

Изменение температуры вечной мерзлоты на глубине десять метров (по данным из 123 скважин, изменения в которых отслеживали с 2007 года): • Температура выросла: в 71 точке, в том числе в пяти из них температура превысила ноль градусов и мерзлота на 10-метровой глубине начала таять. В скважине в Якутии температура повысилась на 1,15 градуса, в скважине на северо-востоке Арктики — на 0,9, на северо-западе Сибири — на 0,93 градуса. В среднем в Арктике повышение на 0,2-0,3 градуса, в Альпах, Гималаях и Скандинавских горах — на 0,19 градуса, в Антарктике — на 0,37 градуса.

• Температура снизилась: в12 скважинах, в том числе на востоке Канады, юге Евразии и на Антарктическом полуострове.

• Температура осталась неизменной: в 40 скважинах.

Дело в том, что ранее дома строились по нормативам, которые существовали 50 лет назад. А тогда считалось, что мерзлота останется с нами навсегда. И сейчас очень важно не повторять ошибок прошлого и закладывать грядущие изменения в сегодняшние строительные нормы и правила, подчёркивает учёный. Конечно, отметил Осокин, нельзя точно сказать, что в конкретном районе через 50 лет температура повысится именно на четыре градуса, и это повлияет на мерзлоту определённым образом и никаким другим. Но учёные разрабатывают подробные сценарии возможного изменения климата, которые необходимо учитывать. И в Институте географии рекомендуют заложить эти рекомендации в новую программу развития Арктики до 2035 года, которую сейчас разрабатывают в Правительстве и парламенте.

Научные журналы то и дело сообщают о том, как повлияло на живые организмы таяние вечной мерзлоты и льдов Северного Ледовитого океана. Например, в 2014 году российские и французские учёные обнаружили на Колыме в вечной мерзлоте, которой больше 30 тысяч лет, гигантский вирус Pithovirus sibericum, сопоставимый по размеру с бактериями. Он оказался жизнеспособным, но опасности для человека не представляет, так как паразитируют только на амёбах, говорится в статье учёных в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Но даже если из-за таяния вечной мерзлоты часть грунта с вирусом вдруг попадёт в окружающую среду, и вирус выйдет на охоту, это не повлияет на всю экосистему, подчёркивает Николай Осокин. Конкретные амёбы, которым страшен вирус, составляют сотые процента от всей экосистемы, и даже полное исчезновение одного звена не изменит общую картину.

Николай Осокин. Фото: igras.ru

Когда были вспышки эпидемий в северных районах, останки животных закапывали, и оттаивание скотомогильников представляет опасность. Болезни, например, чума, могут вскрыться сейчас, когда идёт оттаивание именно верхних слоёв грунта.

В Институте рекомендуют санэпидемстанциям, каждой в своём регионе, обращать внимание на скотомогильники, учитывать даже те захоронения, которым несколько столетий, и делать так, чтобы эти территории не были доступны животным и людям.

Тают не только берега — также сокращаются площади ледников на островах Северного Ледовитого океана. В результате географов и мореплавателей постоянно ждут сюрпризы.

Например, в Арктике исчезают и появляются в других местах целые острова. Последний раз к западу от острова Северный в районе ледника Вылки открыли пять новых островов в августе этого года. Их описала и сфотографировала гидрографическая группа, которая работала в составе комплексной экспедиции Северного флота на Землю Франца-Иосифа. Тем самым она подтвердила данные, которые были получены в 2016 году по спутниковым снимкам. Предполагается, что раньше они были скрыты ледниками.

Больше в морях Северного Ледовитого океана стало и айсбергов, которые откалываются от ледников. А это льдины размером в сотни тысяч квадратных метров и весом в сотни тысяч тонн. И если корабли благодаря системам наблюдения и маневренности ещё могут от них уйти, то нефтяные платформы никуда деться не могут, и это становится большой проблемой.

Разрушаются понемногу и берега по кромке Северного Ледовитого океана. В их мёрзлом грунте большое количество льда, и когда он выходит на поверхность и тает, порода начинает обламываться, и берег отступает. За счёт этого территория России уменьшается на несколько квадратных километров в год. А сам грунт сносит в воду, и меняется рельеф прибрежного дна, что сильно усложняет жизнь мореплавателям, которые выходят в море на небольших судах.

Севморпуть станет российским звеном глобальной логистики

Таяние ледяного покрова Северного Ледовитого океана — это не сплошные минусы. Есть и положительный эффект, прежде всего для экономики, считают в Институте географии Российской академии наук. Ещё лет 20 назад та же добыча углеводородов в зоне континентального шельфа обсуждалась только в теории, а на практике никто особо не представлял, как можно добывать ископаемые со льда, рассказал Осокин. И только то, что появились акватории, которые открываются на большую или значительную часть года, позволило перейти от теории к реальной разведке и даже добыче нефти и газа.

В целом же сказать, что на Севере всегда была мерзлота, и только сейчас мы её лишаемся, нельзя, отмечает Осокин. На Земле издавна были периоды потепления и похолодания. Так что надо бояться изменений в вечной мерзлоте, наносить минимум вреда природе, постоянно проводить научные изыскания Арктики и вовремя подстраиваться под климатические изменения, чтобы дома не разрушались, корабли не натыкались на мель, а забытые болезни не вспыхивали снова, подытожил Николай Осокин.