Вирусы с экологической точки зрения относятся к

Информация

Добавить в ЗАКЛАДКИ

Переносчики вирусов беспозвоночные

Вирусы, у которых весь или почти весь цикл развития связан с природной флорой и фауной, изучены слабо, так же как и их экология. Большая часть полученной информации — это побочный продукт исследования тех болезней, которые имеют важное экономическое значение. Вероятно, при длительном воздействии естественного отбора на вирус и на генотип растения-хозяина и при отсутствии вмешательства человека вирусы могут хорошо-адаптироваться к своим хозяевам, а также к беспозвоночным или иным- переносчикам. По-видимому, действие такой вирусной инфекции на растение-было бы минимальным. Лишь иногда можно было бы встретить отдельные растения с тяжелыми формами заболевания, но эпифитотии были бы редкими.[ . ]

Беспозвоночные делятся на 22 типа, причем большинство видов, питаю-щихся на живых зеленых наземных растениях, относится к двум группам. Это нематоды (Nematoda) и членистоногие (Arthropoda). К этим типам относятся многочисленные переносчики вирусов растений. Еще два типа, кольчатые черви (Annelida) и моллюски (Mollusca), имеют несколько представителей, питающихся на растениях; возможно, среди них есть потенциальные переносчики, которые могли бы передавать вирус механическим способом.[ . ]

Д. Беспозвоночное-переносчик. Тля D aclynotus sonchii (L.) — переносчик вируса мозаики цветной капусты, питающаяся на осоте.[ . ]

Передача вирусов от растения к растению с помощью беспозвоночных очень интересна с двух точек зрения. Во-первых, эти переносчики — главное орудие распространения в полевых условиях многих вирусов, которые причиняют большой экономический ущерб. Во-вторых, связь между переносчиками и вирусами, особенно те случаи, когда вирусы размножаются в организме переносчика, представляет общий биологический интерес. Такие вирусы можно считать и вирусами растений и вирусами животных. Но даже если вирус не размножается в переносчике, связь между ними может быть более сложной, нежели просто пассивный перенос вируса на наружной поверхности тела животного. Передача инфекции беспозвоночными-переносчиками обычно представляет собой сложнейшее явление, зависящее от вируса, переносчика, растения-хозяина и окружающих условий. Исследованию этого явления посвящено громадное число работ. В настоящей главе мы рассмотрим как переносчиков вирусных заболеваний, так и различные формы взаимоотношений между вирусами и переносчиками. Вопросы о переносчиках в связи с экологией вирусов рассматриваются в гл.[ . ]

Рассматривая беспозвоночных в целом, можно видеть, что из 13 отрядов, включающих в себя по крайней мере по нескольку видов, постоянно питающихся на живых зеленых наземных растениях, 10 отрядов имеют представителей, которые служат переносчиками вирусных болезней растений; Основные исключения — это отряды Tylenchidae из нематод, а также Со1-lembola и Hymenoptera из насекомых; однако и среди них вполне могут оказаться переносчики, иногда невольные. Из тех 10 отрядов, в которые входят переносчики вирусов растений, наиболее важен отряд Homoptera (класс насекомых). Он включает различные группы хгасекомых, питающихся на растениях, в том числе переносчиков, из которых большинство относится к двум надсемействам — Jassoidea и Aphidoidea.[ . ]

В природе многие вирусы растений передаются от растения к растению с помощью беспозвоночных-переносчиков. Эта большая самостоятельная тема обсуждается в гл.[ . ]

С экологической точки зрения лучше говорить о двух группах этих переносчиков — тех, которые распространяют вирусы через почву (от одних корней к другим), и тех, которые переносят их через воздушную среду. Следует рассмотреть и третью возможность — распространение вирусов на большие расстояния. Особая роль здесь принадлежит человеку, не говоря уже о том, что он принимает участие и в механическом распространении вирусов.[ . ]

В книге освещаются следующие вопросы: структура вирусов и вирусных компонентов; репликация вирусов; макроскопические, цитологические и биохимические проявления воздействия вирусов на растение-хозяина; характер мутационного процесса вирусов; взаимоотношения вирусов с переносчиками, относящимися к типу беспозвоночных, а также вопросы, связанные с экологией и контролем. На протяжении всей книги мы пытались показать, как прогресс в любой узкой области знаний зависит от разработки и применения соответствующих экспериментальных методов.[ . ]

В отдельных особях долгоживущих древесных растений вирусы могут сохраняться в течение сотен лет. Однако, будучи облигатными паразитами, вирусы для того, чтобы выжить, должны обладать способностью передаваться от одной чувствительной особи к другой с достаточной частотой. Знание тех способов, с помощью которых вирусы могут передаваться от одного растения к другому, представляется важным для нас по нескольким причинам: 1) при экспериментальной работе вывод о том, что данное заболевание вызвано вирусом, можно сделать лишь в том случае, если с помощью какого-либо метода удается передать вирус на здоровые особи и воспроизвести заболевание; 2) вирусы важны в экономическом отношении лишь тогда, когда передаются от растения к растению с большой частотой, учитывая нормальную продолжительность вегетационного периода, характерного для данной, ценной в хозяйственном отношении культуры; 3) для разработки успешных защитных мероприятий необходимо знание путей распространения вируса и механизмов развития инфекции; 4) вопрос о взаимоотношениях вирусов с переносчиками — беспозвоночными и грибами — имеет значительный общебиологический интерес; 5) некоторые способы передачи вирусов, особенно механические, играют большую роль при исследовании вирусов в лаборатории.[ . ]

На основании данных, представленных в этом кратком обзоре, можно сказать, что не все вирусы обладают теми свойствами, которые способствуют их сохранению и распространению. Каждому вирусу свойственна какая-то комбинация признаков, которые позволяют ему сохраняться более или менее эффективно. С одной стороны, крайним случаем является ВТМ, который не имеет определенного переносчика среди беспозвоночных, по сохраняется благодаря своей большой устойчивости к инактивации, высокой концентрации, которой он обычно достигает в растении-хозяине, легкости, с которой происходит механическая передача, ж широкому кругу восприимчивых растений. Вирусы, которые размножаются в насекомом-переносчике и передаются через яйца, для своего сохранения не нуждаются в растении (другая крайность).[ . ]

В гл, XIII уже говорилось, что известны различные примеры, когда в определенных растениях-хозяевах происходит селективное размножение отдельных штаммов вируса, присутствующих в смеси. Существуют также данные о том, что иногда переносчики-беспозвоночные передают некоторые штаммы вируса более эффективно, чем другие (гл. Результаты подобного рода иллюстрируют те способы, с помощью которых отбор штаммов может происходить в естественных условиях.[ . ]

В этом раздело мы обсудим различные механизмы взаимодействия вирусных штаммов в растении, а также различные типы взаимодействий между отдельными штаммами вируса и растением-хозяииом. Взаимоотношения штаммов вирусов с беспозвоночными животнъши-переносчиками обсуждаются в гл.[ . ]

Отрицательное свойство многокомпонентной системы, по крайней мере теоретически, заключается в том, что уменьшается вероятность успешного заражения, так как две или большее число частиц должны, по-видимому, вводиться совместно в одну и ту же клетку или в соседние клетки, связанные плазмодесмами. Чтобы индуцировать образование одного некроза, для вируса, подобного ВТМ, требуется около 104—10б частиц. В случае вируса мозаики коровьего гороха, у которого для заражения необходимо присутствие частиц двух типов, эта величина повышается до 10е—108, а в случае вируса мозаики люцерны, состоящего, по-видимому, из частиц четырех типов,— до 108—1010 [1835]. Это явное затруднение, видимо, компенсируется тем, что концентрация многокомпонентных вирусов в зараженных растениях бывает очень высокой и путем механической инокуляции или с помощью беспозвоночных-переносчиков передается большое число частиц.[ . ]

Коронавирус нанес удар по экономике, здоровью людей, социальным связям и перенес нас в новую реальность. Для защиты от вируса люди стали использовать маски, перчатки, салфетки и санитайзеры. И тут с точки зрения экологии сразу возник комплекс проблем: объемы производства растут, продолжительность использования таких средств защиты в среднем несколько часов, после чего их трудно утилизировать.

Медицинские отходы, к которым относится большинство средств защиты, следует утилизировать по отдельному протоколу. Если человек не просто находится на самоизоляции, но не исключает возможность быть носителем вируса, то ему следует прекратить раздельный сбор и все свои отходы выбрасывать как смешанные, максимально их упаковав.

Некоторые фабрики приостановили свою работу и перестали поставлять вторсырье на перерабатывающие заводы. В итоге у коронавируса есть потенциал нанести существенный урон инфраструктуре переработки отходов.

Использование медицинских масок заслуживает отдельного внимания

Отзывы экспертов весьма противоречивы — стоит ли носить маски, если да, то в каких случаях, какие и как часто следует менять, имеет ли смысл покупать маску от модного дизайнера, или она в лучшем случае пригодится для красивого фото в социальных сетях? Тем временем побережье Гонконга уже завалено одноразовыми масками. Особенно это опасно для животных, так как маски делают из нетканых синтетических материалов, а морские обитатели принимают их за еду. Влияние масок, ровно как и перчаток, салфеток и пустых емкостей от санитайзеров на окружающую среду нам только предстоит оценить. Однако, сделать это корректно можно будет только, когда пандемия закончится.

Как выбросить маску правильно?

Респираторные маски — это медицинские отходы класса Б, представляющие эпидемиологическую опасность. Перед утилизацией такие отходы нужно обеззараживать, так как маски и перчатки могут переносить вирусы. После начала пандемии Роспотребнадзор рекомендовал россиянам собирать в отдельный пакет использованные медицинские маски, одноразовые перчатки, герметично их упаковывать и утилизировать вместе с бытовым мусором.

Вечеринка гречки и тушенки

Делать запасы во время самоизоляции и на случай жесткого карантина — вопрос личного комфорта. Но если вы не любите гречку, никогда не ели тушенку и терпеть не можете сгущенку, не поддавайтесь всеобщей истерии. Вы принесете эти продукты домой и не будете знать, что с ними делать. Покупайте привычную для себя еду с запасом на 2—3 недели.

Если вдруг у вас дома внезапно образовался небольшой стратегический склад гречки и тушенки, сделайте все, чтобы эти продукты не оказались на свалке. Например, посмотрите рецепты в интернете и устройте вечеринку для домашних с неожиданными блюдами.

Панические покупки

С конца февраля-начала марта 2020 года по всему миру покупатели штурмовали супермаркеты, сметая туалетную бумагу, мыло, моющие средства, макароны и другие продукты длительного хранения. В США и Австралии также вырос спрос на оружие. Властям многих городов пришлось выступить с обращением к покупателям с просьбой прекратить истерику и остановить лавину покупок — это никак не помогает в борьбе с пандемией.

Как быть более экологически ответственным в период коронавируса:

Начните раздельно собирать отходы, если инфраструктура рядом с вашим домом позволяет. В период карантина выход на улицу, чтобы выбросить мусор, становится полноценным досугом. Так что если раньше вы просто опустошали мусорное ведро на лестничной клетке, то теперь у вас появляется повод прогуляться до ближайшего пункта раздельного сбора.

Вирусы могут перемещаться на сотни тысяч километров вместе с частичками пыли и каплями влаги. Означает ли это, что в любой момент смертоносные инфекции могут обрушиться нам на голову прямо с неба?

Величественный хребет Сьерра-Невада расположен в Андалусии, на юге Пиренейского полуострова. В этих горах — самый южный горнолыжный курорт в Европе, но еще больше они славятся тем, что здесь проходит так называемый глобальный пояс пыли — ветра доносят сюда шлейф из самых пыльных областей Восточного полушария: западного побережья Северной Африки, Ближнего Востока, Центральной и Южной Азии, даже из Китая.

На высоте примерно 3 тысяч метров на пике Велета ученые из Университета Британской Колумбии (Канада) установили анализаторы — ловушки для пыли и аэрозоля — смеси газа, частичек пыли и пара. Их целью было посмотреть, в каком виде живые организмы — бактерии, грибы и вирусы — способны преодолевать большие расстояния "верхом" на пылевых частицах. Каково же было удивление ученых, когда они нашли не мертвых, а вполне себе живых и бодрых микробов. За день в сборник попали миллионы бактерий и примерно миллиард вирусов.

— Свыше 20 лет мы пытались понять, каким образом вирусы с одного континента перемещаются на другой,— говорит автор исследования Кертис Саттл.— Мы находили генетически идентичные вирусы в самых разных уголках планеты, и вот теперь загадка разгадана.

По словам соавтора исследования, специалиста по экологии микроорганизмов из Гранадского университета в Испании Исабель Рече, со временем это глобальное переселение микроорганизмов будет все более интенсивным: из-за изменения климата усиливается эрозия почв, растет количество ураганов.

Пока ученые не могут сказать, какие именно вирусы попали к ним в "сети" в горах Испании, но, по предварительным оценкам, подавляющее большинство этой биомассы — бактериофаги, вирусы, которые разрушают бактерии. Но что, если среди них окажутся болезнетворные вирусы, способные вызвать эпидемии?

— Вопрос в том, выживет вирус в новых условиях или нет,— говорит Кертис Саттл.— Чаще всего это зависит от того, найдет ли он себе "хозяина" на новом месте.

Подозрение, однако, существует давно. Уже в 2001 году некоторые ученые объясняли вспышку ящура в Великобритании гигантской бурей на севере Африки, которая перенесла пыль, а вместе с ней и вирус ящура на тысячи миль к северу. Буря произошла всего за неделю до того, как были выявлены первые случаи заболевания в Британии.

А совсем недавно, осенью прошлого года, во время вспышки коронавируса MERS-CoV в Саудовской Аравии, врачи предупреждали, что инфекция может переноситься с порывами ветра: вирус разносят летучие мыши и крыланы, которые заражают верблюдов. Их испражнения впитываются в песок и пыль, а затем разносятся ветром. По этой причине россияне, которые планируют отправиться в эту страну, должны были проявлять бдительность, особенно оказавшись на природе.

— Могут ли переноситься патогенные вирусы на большие расстояния — вопрос абстрактный,— пояснил "Огоньку" завкафедрой инфекционных болезней и эпидемиологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова, главный инфекционист ФМБА России Владимир Никифоров.— Все зависит от вида вируса и его жизнестойкости. Большинство быстро погибает вне организма, как, например, тот же вирус гриппа. Но есть и такие, которые могут выживать в течение нескольких дней и месяцев. К этим долгоживущим инфекциям относятся вирус гепатита В и вирус бешенства. В целом, однако, нынешнее исследование зарубежных коллег не должно вызывать паники, потому что доля патогенных вирусов в общем числе вирусов, путешествующих в атмосфере, составляет не более одной тысячной процента.

Стоит отметить, что диапазон жизнестойкости у микроорганизмов чрезвычайно широк. Так, бактерии сибирской язвы чрезвычайно опасны для человека именно потому, что их споры могут жить в земле столетиями. При этом есть бактерии, которые погибают, едва выпав из привычных условий обитания (к таким, например, относится бактерия хеликобактер, которая вызывает язву желудка).

Вирусы в этом отношении — более хрупкие, что в первую очередь связно с их строением. Вирус состоит всего из одной молекулы нуклеиновой кислоты, которая хранит генетическую информацию. У него нет аппарата для самовоспроизведения, поэтому он размножается, только паразитируя на клетках зараженного организма. Зато, покидая своего "хозяина", вирусы, как правило, быстро утрачивают жизнестойкость: перегреваются, высыхают и теряют способность заражать. При этом именно перегрев для вирусов — один из наиболее губительных факторов. Скажем, при температуре 37 градусов они еще "чувствуют" себя вполне сносно. А вот при жаре, когда температура тела поднимается до 38-39 градусов, вирусы погибают. Это, кстати, и объясняет, почему не надо сбивать не очень высокую температуру — нужно дать вирусам погибнуть, а не создавать комфортные условия для размножения.

Зато даже при низких температурах они неплохо выживают, и это дает ответ на другой популярный вопрос: почему зимой к нам привязывается то вирус гриппа, то герпеса.

— Все вирусы лучше хранятся при максимально низких температурах,— рассказывает "Огоньку" профессор Николай Львов, руководитель лаборатории герпес-вирусов Института микробиологии и эпидемиологии им. Гамалеи, в прошлом хранитель коллекции вирусов.— Не случайно люди, которые страдают от неизлечимой болезни и мечтают воскреснуть, когда эти болезни научатся лечить, просят поместить их в жидкий азот — в этом материале клетки могут храниться миллионы лет. Даже в расхожих триллерах про инопланетян есть доля правды. Мы не знаем, что происходило на Земле тысячи лет назад. Не исключено, что и во льдах Антарктики могут скрываться некие инфекции, которые останутся жизнеспособны, когда их высвободит таяние льдов.

Вместе с тем способность вирусов к размножению после попадания в новый организм зависит не только от переохлаждения, но и от злоупотребления антибиотиками, которые подавляют иммунитет, а еще от стрессов, смены часовых поясов, переездов с места на место.

"Каждая капелька океана действительно содержит огромное количество вирусов, не способных вызвать заболевание человека,— комментирует работу испанских и канадских микробиологов заведующий лабораторией эпидемиологии природно-очаговых инфекций ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора Александр Платонов.— Ветром брызги воды уносятся на сотни километров, вместе с микроорганизмами — это логично. Но с точки зрения эпидемиологии это значения не имеет. Если морской воздух перелетит горы, то ничего болезненного он с собой не потащит. Но вот если больной человек закашляет, то вокруг него образуется облачко вирусов, которое осядет на ближайшее окружение. Однако никакой ветер ни в Испанию, ни в Америку это облачко не унесет.

Намного опаснее, с точки зрения ученых, традиционные способы миграции вирусов — в организмах носителей, которые в условиях глобального мира перестают поддаваться контролю.

— Вот представьте, что человек болеет, скажем, герпесом губ,— рассуждает Николай Львов.— Он лечит его специальной противовирусной мазью, но назавтра должен лететь на другой конец земли, допустим, в Новую Зеландию. Там он активно общается с людьми, а известно, что капельки слюны при разговоре разлетаются на метр, при кашле — уже на 2 метра. И пожалуйста, контактировавшие с ним заразились герпесом, а поскольку он применял мазь, то еще и устойчивым вирусом герпеса. Вот в этом случае мы можем говорить про миграцию вируса — через человека.

Высокая мобильность людей и потрясающая скученность населения — вот основные козыри вирусов. Например, каждый вирус гриппа несет в себе 9-10 фрагментов генома и может обмениваться ими с другими вирусами. Таким образом, получается астрономическое число фрагментов генома вирусов гриппа. И именно потому так трудно создать вакцину против этого заболевания. При этом вирусы могут заимствовать генетическую информацию как у человека, так и у птиц и животных, что делает их фактически неуязвимыми для современных лекарств.

— Обычно грипп существует как зоонозная (передающаяся от животного к животному) инфекция, в местах больших скоплений птиц,— объясняет Александр Платонов.— Птицы мигрируют, летят через горы, через моря в другие страны, заражают других птиц, иногда млекопитающих. В результате мутационного процесса образуются новые варианты вируса гриппа, способные заражать и человека, причем к ним у нас пока нет иммунитета. Люди контактируют с ними, заболевают и становятся сами источником инфекции. И чем населеннее местность, тем больше вероятность заболеваний. Разных, не только гриппа.

Традиционно свой поход грипп всегда начинал из Юго-Восточной Азии — именно здесь больше всего птиц — разносчиков этого вируса. И именно через Азию проходят пути перелетных птиц. Так называемый свиной грипп тоже начал свой путь оттуда же. Его, кстати, правильнее назвать калифорнийским, чтобы не вводить в заблуждение. По словам профессора Платонова, в принципе, все вирусы гриппа можно считать свиными, поскольку, прежде чем "перекинуться" от птиц к млекопитающим — человеку, они сначала "обживаются" на свиньях. Пожив в них, мутируют и приобретают способность заражать людей.

Победить зоонозные инфекции практически невозможно, в отличие от тех, что передаются от человека к человеку. Например, когда мы прививаемся от полиомиелита или кори, то одной прививкой защищаем не только себя, но и других людей, которых могли бы заразить. Но если вирус живет в животном, то вакцинация уже не столь эффективна, потому что не будешь же прививать всех мышей, обезьян, свиней, кур и клещей.

Сейчас ученые ВОЗ создают карты перемещения инфекций, пытаясь найти новые закономерности распространения заразы. Источником все новых и новых разновидностей обычного человеческого гриппа долгое время, как отмечалось выше, оставалась Азия, откуда инфекция волнами распространялась по планете и примерно через год затухала в Южной Америке. Сегодня традиционная картинка миграции вирусов уже не столь четкая, что, возможно, тоже связано с глобальным изменением климата.

— Мы собрали более 30 тысяч единиц хранения в государственной российской коллекции вирусов,— с гордостью отмечает Николай Львов из НИИ вирусологии им. Гамалеи.— И это одно из лучших подобных собраний в мире, с которым может поспорить разве только коллекция США. Вирусы, еще в советское время, собирались в Прибалтике, на Украине, Таджикистане — в общем, на всем пространстве СССР. Много вирусов мы выделяли из образцов самостоятельно, часть получали благодаря официальному обмену с другими странами.

Хранят спящие вирусы самыми удивительными способами: в мозге зараженных мышей, в виде замороженных концентратов или клеточных культур. Работа государственной коллекции заключается в том, чтобы спустя годы и десятилетия поднимать вирусы из анабиоза, определять степень их сохранности и создавать оптимальные для хранения условия. Помимо чисто научных целей коллекция вирусов нужна, чтобы сохранить разнообразие этих микроорганизмов.

— В природе существует огромное количество вирусов, которые не предоставляют опасности для человека, говорит Александр Платонов из ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора.— Они нужны прежде всего для экологического равновесия. Например, от тех вирусов, которые живут в морях, зависит состояние планктона. А эти водоросли производят огромное количество кислорода.

Ученые предлагают рассматривать как своего рода "банк семян" микроорганизмов и те группы вирусов, которые обитают в атмосфере.

— Я считаю, что атмосфера — это большая трасса в буквальном смысле,— говорит Кертис Саттл из Университета Британской Колумбии.— Она дает возможность экосистемам, расположенным в тысячах километрах друг от друга, обмениваться микроорганизмами и, на мой взгляд, это имеет гораздо более серьезные экологические последствия, чем мы думаем.

Дело за малым: остается выяснить, как научиться хранить это биоразнообразие, не давая ему выйти из-под контроля.

Государственная коллекция вирусов НИИ вирусологии им. Ивановского включает огромное количество микроэкспонатов. И патогенные микробы — лишь небольшая часть из них. Этот банк данных помогает создавать инновационные лекарства, бороться с бактериями, изучать эволюцию. А вообще, аргументов в пользу того, чтобы считать вирусы не только источником заболеваний, довольно много

Удивительно, но многие фрагменты человеческого генетического кода происходят от вирусов, которые на ранних стадиях эволюции встроились в организм теплокровных. Предполагают, что бывшие вирусы или размножившиеся вирусоподобные объекты занимают 40-45 процентов генома человека. Именно они, по-видимому, сыграли важную роль в развитии иммунной системы.

На страже урожая

В некоторых странах вирусы, паразитирующие на насекомых, с успехом используются в борьбе против вредителей, атакующих сельхозкультуры. Например, вирусы ядерного полиэдроза можно успешно применять в борьбе с гусеницами совок, репной белянки и американской белой бабочки.

С помощью вирусов были получены многие сорта цветов, чья пестрая окраска — результат вирусной инфекции, передающейся от поколения к поколению. Например, знаменитую и чрезвычайно ценную пестролепестность тюльпанов вызывает вирус, переносимый тлей. А недавно было установлено, что растение джут (источник грубых волокон для канатов и мешков) дает больший урожай, когда поражен вирусным заболеванием,— некротической мозаикой риса.

Онколитические вирусы — большая группа микробов, которые способны бороться с раковыми клетками. Например, сейчас проходят клинические испытания генно-инженерного штамма герпес-вируса для лечения больных с тяжелой формой рака кожи.

Бактериофаги — это вирусы, которые избирательно поражают бактериальные клетки. В СССР активно разрабатывали препараты на их основе, которые составляли конкуренцию традиционным антибиотикам. Сегодня применяются в случаях, когда лечение антибиотиками невозможно или недейственно.

В России разрабатывалась новая живая вакцина от гриппа. Она оказалась малоэффективной, зато на ее основе сейчас создают новую вакцину против туберкулеза, где вирус гриппа используется как вектор. То есть в него генно-инженерным путем введены компоненты, которые формируют иммунитет против туберкулеза.

Везде, где есть жизнь, есть вирусы. Водная среда, занимающая бóльшую часть нашей планеты, в которой сосуществует огромное число различных организмов, создает прекрасные условия и для жизни вирусов. В водных экосистемах вирусы атакуют все живые организмы – от бактерий до китов. Оставим за рамками рассмотрения вирусы крупных организмов и останемся в микромире – в мире микроскопических организмов, которые являются основой пищевых цепей и, как выясняется, многих глобальных процессов

Первая информация о количестве вирусных частиц в водных экосистемах, потрясшая исследователей, была получена в 1989 г. (Bergh et al., 1989). Материал из проб морской воды был осажден центрифугированием прямо на сеточки с пленкой-подложкой и исследован в трансмиссионном (просвечивающем) электронном микроскопе. В одном миллилитре оказалось до 2,5 × 10 8 вирусных частиц, представленных в основном фагами с характерной морфологией (капсид-отросток, или голова-хвост), что в 10 3 —10 7 раз превышало концентрацию фагов, определенную путем традиционного высева проб на бактериальный газон (метод бляшек). Разница на порядки объясняется тем, что не все бактерии культивируются, и не все вирусы-фаги инфицируют именно бактерии.

Бактериофаги в глобальном круговороте

Во-первых, удаление из экосистемы части бактерий, уничтоженной фагами, уменьшает интенсивность перевода нерастворимого (взвешенного в водной толще и осаждающегося на дно) биогенного вещества (различных частиц, отмерших организмов и др.) – в растворенное (расщепленное, гидролизованное). Таким образом фаги нарушают классическую пищевую цепь. Этот процесс был назван вирусным шунтом (Wilheln, Suttle 1999). По оценкам авторов, через этот шунт может проходить до четверти первичной продукции углерода океана.

Количественная мультитрофическая модель, созданная авторским коллективом океанологов и математиков описывает влияние морских вирусов на микробиальные пищевые сети и процессы, проходящие в экосистемах. Согласно этой модели водные экосистемы, содержащие вирусы, будут иметь усиленный круговорот органического вещества, уменьшенный перенос этого вещества на более высокие трофические уровни и увеличенную валовую первичную продуктивность (Weitz et al., 2014). Авторы модели считают, что в оценках круговорота углерода и азота необходимо учитывать роль вирусов, так как они являются важной составляющей пищевых сетей и регулируют глобальные биогеохимические циклы.

Цианофаги – особый случай?

Цианобактерии (синезеленые водоросли), хотя и относятся к домену Bacteria, благодаря способности к фотосинтезу играют иную нежели гетеротрофные бактерии роль в водных экосистемах. Это одни из самых древних организмов. Они доминировали на ранних стадиях эволюции биосферы Земли и определяли биогеохимические циклы. Их бурное развитие вызвало изменение атмосферы, обогатило ее кислородом, что сделало возможным появление других организмов и направило эволюцию биосферы нашей планеты. Можно предположить, что цианофагов тогда еще не было.

Вирус морской диатомеи Chaetoceros debilis CdebDNAV – сохраняет инфекционность при широком диапазоне температур (от 20°С до -196°С) без добавления криопротекторов (Nagasaki, 2008).

Вирусы токсичной красной водоросли Heterosigma akashiwo сохраняют литическую активность в донных отложениях (Lawrence, 2002).

Цианофаги могут сохраняться в осадках до 100 лет (Suttle, 2000).

Гигантский вирус амеб Pithovirus sibericum – выделен из вечной мерзлоты возрастом 30 тыс. лет (Legendre et al., 2014)

И сегодня среди цианобактерий есть экстремофилы – виды, прекрасно существующие в горячих источниках, жарких пустынях, а также арктических и антарктических условиях. Если у таких видов есть цианофаги, то насколько они, эти цианофаги, уникальны?

Поскольку пресноводные нитчатые цианобактерии легко культивируются, именно из них и были выделены первые цианофаги – вирусные частицы в форме икосаэдра без хвоста диаметром 66 нм, о чем последовало короткое сообщение в Science (Safferman, Morris, 1963). Ими были инфицированы нитчатые цианобактерии Lyngbya, Plectonema и Phormidium. За последующие десять лет были выявлены фаги у других цианобактерий, в том числе пикопланктоных (Synechococcus, Microcystis) и нитчатых, формирующих гетероцисты (Anabena, Nostoc). Пробы для исследования были получены, в основном, из сточных вод и очистных сооружений.

За разнообразием – на Байкал!

Вирусы древнейших

Ферменты архей применяются в пищевой промышленности, так как могут работать при высоких температурах, а ДНК-полимераза археи Pyrococcus furiosus используется в ПЦР (полимеразной цепной реакции). Сами археи являются компонентом очистных сооружений, обеспечивая анаэробное разложение сточных вод; используются при обогащении руд ценных металлов. Ясно, что в промышленном производстве лизис архей вирусами – большая неприятность.

Структурные исследования вирусных капсидов показали, что бесхвостые икосаэдры, инфицирующие архей, бактерий и эукариот, имеют общего предка (Abrescia et al., 2012). Например, структурные сходства имеют белки оболочки нитчатых вирусов табачной мозаики, двух вирусов архей из рода Acidianus и вируса гепатита B. Несмотря на низкую гомологию аминокислотных последовательностей, белки вирусов архей могут иметь сходные элементы третичной структуры с вирусами других доменов (Dallas et al., 2014). А совсем недавно был описан нитевидный вирус гипертермофильной археи Pyrobaculum, который имеет уникальную среди ДНК-содержащих нитевидных вирусов структуру вириона. Его линейный геном заключен в трехслойный панцирь, состоящий из двух белковых слоев и дополнительной наружной оболочки. Вирион организован в виде суперспирали подобно вирусам Эбола и Марбург, но они являются РНК-содержащими (Rensen et al., 2016).

Каждую секунду в океане происходит 10 23 вирусных инфекций. Каждая инфекция имеет возможность для введения новой генетической информации в организм и в вирусное потомство, способствуя таким образом эволюции как сообществ хозяина, так и вирусов (Suttle, 2007). И хотя важность водных вирусов уже стала очевидной, на многие вопросы наука пока ответить не может.

Bergh Ø, Borsheim KY, Bratbak G, Heldal M. Abundance of viruses found in aquatic environments // Nature. 1989. V. 340. P. 467—468.

Hug L. A., Baker B. J., Anantharaman K. et al. A new view of the tree of life //Nature Microbiol. 2016. 11 Apr. N. 16048. DOI 110.1038.

Pietilä M. K., Demina T. A., Atanasova N. S., Oksanen H. M., Bamford D. H. Archaeal viruses and bacteriophages: comparisons and contrasts // Trends in Microbiology. 2014. V. 2. N. 6. P. 334—344.

Prangishvili D. The wonderful world of archaeal viruses // Annu. Rev. Microbiol. 2013. V. 67. P. 565–85.

Suttle C. A. Viruses in the sea // Nature. 2005. V. 437. P. 356—361.

Дрюккер В. В., Дутова Н. В. Бактериофаги как новое трофическое звено в экосистеме глубоководного озера Байкал // Докл. РАН. 2009. Т. 427, № 2. С. 277—281.

Автор благодарит Г. И. Филиппову (ЛИН СО РАН, Иркутск) за помощь в подготовке публикации

Читайте также:

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