В современном мире люди задаются вопросом, есть ли в вирусах что-то хорошее. И почему вообще существуют вирусы и откуда они берутся.
Поговорим о вирусах.
Не о печально известном вирусе
SARS-CoV-2, который присутствует в нашей жизни уже более двух лет, а о вирусах как агентах, существующих на более широком фоне жизни на этой планете. Хотя временами они озадачивают и разочаровывают, вирусы действительно впечатляют, считают исследователи, чья жизнь вращается вокруг их изучения. Небольшая группа генов в хитроумной оболочке, которая может быстро развиваться, продолжая разрушать клеточную защиту, вирус похож на постоянно адаптирующегося робота, предназначенного только для одного — продолжать создавать копии самого себя.
В отличие от всех других форм жизни в нашем мире, вирус не создаёт собственную энергию для своего существования; он не состоит из клеток и не растёт.
Он ничего не использует в окружающей среде, кроме клеток других живых существ, которые становятся хозяевами каждого вируса-репликанта. Вероятно, учёные идентифицировали лишь небольшой процент существующих в мире вирусов, а откуда они взялись, никто не знает. «Было предложено несколько теорий относительно того, появились ли вирусы до или после клеток, — рассказывает журналу Popular Mechanics вирусный иммунолог из Университета Род-Айленда Алан Ротман.
Ротман занимается исследованием иммунитета и патогенеза вирусных заболеваний у людей (то есть путей развития болезни) уже более 30 лет. Хотя у вирусов есть структура, которая их объединяет, Ротман считает, что генетический компонент, управляющий их поведением, вероятно, возник первым. Почему? «
Структурная часть не имела бы смысла без клеток», — говорит он. Люди давно задавались вопросом:
живые ли вирусы? Но, по словам Ротмана, вопрос о том, являются ли вирусы реальной формой жизни, неуместен. «
Я нахожу этот вопрос более забавным и своего рода упражнением для размышлений. Причина, по которой это непрактичный вопрос, заключается в том, что люди всё ещё пытаются понять, что такое сама жизнь», объясняет он. «
Итак, я бы сказал, что большинство людей, вероятно, сойдутся на том, что вирусы нельзя назвать живыми, но они являются частью жизни. Они многому учат нас в жизни».
Эти инфекционные агенты повсюду. Человек являемся хозяином ряда вирусов. Многие из них совершенно безвредны для нас. На самом деле у бактерий нашего тела есть свои собственные вирусы, называемые бактериофагами. «С каждой ветвью жизни связан вирус», — объясняет Ротман. А ещё есть вирусы, которые могут даже заражать другие вирусы. По крайней мере, один такой случай был обнаружен, говорит учёный. Вирусы действительно упаковывают много информации в свой короткий геном. «Это как швейцарский армейский нож, особенно маленькие вирусы», — говорит Ротман. «Они должны использовать свои белки, чтобы делать всё. Таким образом, у них будет один белок, который будет выполнять как минимум пять различных функций, и мы всё ещё открываем у них новые функции. Вы знаете, это одна из самых забавных частей вирусологии».
Фото: popularmechanics.com
Например, вирус денге, распространяемый комарами и вызывающий сильную лихорадку, сыпь, боли в мышцах и суставах, производит десять различных белков, которые выполняет все функции. (Напротив, у нас, людей, есть десятки тысяч белков, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию.) Три белка денге создают саму вирусную частицу, а остальные семь белков отвечают за все остальные вирусные функции, такие как изменение структуры заражаемой ими клетки, копирование вирусной РНК и отключение всех способностей клетки-хозяина бороться с вирусом. Таким образом, каждый белок должен иметь две или три различные функции.
«Они объединят функции ферментов, которые не должны быть частью друг друга. Это просто невероятная машина», — говорит Ротман. Эта элегантная многофункциональность — это круто, но вот факт о вирусах, от которого действительно захватывает дух: несмотря на пагубные качества некоторых вирусов, например вызывающие болезни и смерть, мы можем благодарить эти, казалось бы, простые фрагменты генов за то, что они сформировали жизнь, какой мы её знаем. Вирусы действительно доказывают суть эволюции — каждый вид и сами вирусы постоянно находятся в состоянии изменения, реагируя на другие живые и неживые существа в их среде.
Некоторые из наших эволюционных черт происходят от ретровирусов, которые представляют собой тип вируса, гены которого переплетаются с нашей собственной ДНК и передаются будущим поколениям.
«Если вы посмотрите на геном человека, то увидите, что разумный процент на самом деле включает ретровирусы», — говорит Ребекка Датч из Медицинского колледжа Университета Кентукки, где она изучает респираторные вирусы человека, такие как COVID-19. Хотя тело человека не обязательно использует многие из этих унаследованных вирусных последовательностей, некоторые гены коренным образом изменяли наш вид на протяжении тысячелетий.
Около 160 миллионов лет назад маленький пушистый
предок всех современных млекопитающих отложил яйца. Симбиотический ретровирус изменял свои репродуктивные черты на протяжении многих поколений, пока у млекопитающих не развилась способность выращивать потомство внутри собственного тела. Раньше у животного не было возможности обеспечивать собственное кровоснабжение отдельно от созревающего внутри него нового организма. Но вирусный ген и, вероятно, гены нескольких различных ретровирусов сыграли важную роль в развитии плаценты — органа, который вырастает у матери, чтобы отделить своё тело от нового плода. Этот ген, вероятно, происходит от ретровируса для белков, которые вызывают слияние между вирусом и клеткой. «
Вместо того, чтобы сливать вирус с клеткой, он сливает вместе клетки плаценты», — объясняет Датч.
Фото: popularmechanics.com
Это изменение вызвало эволюцию, которая позволила телу млекопитающего отделиться от плода, даже если оно удаляло отходы и обеспечивало кислород и всё, что нужно развивающемуся плоду. «По сути, в данном случае мы похитили что-то, что было у вируса, для нашей собственной выгоды», — говорит Датч. Теперь это часть нашей собственной генетической структуры, упакованная в ген, участвующий в слиянии сперматозоида и яйцеклетки. «Значит, бывают такие случаи. То, что получается из вирусов, оказывается ключевой частью нас. Это потрясающе», — говорит исследователь.
Так что, возможно, нам не нужно беспокоиться о повсеместном распространении вирусов. Вирусы могут и переворачивают мир с ног на голову. Но они также сделали людей такими, какие они есть. В то время как вирусы хранят в себе достаточно загадок, чтобы занять исследователей на многие жизни, учёные уверены в одном: эти странные спутники, скорее всего, всегда будут частью жизни.