Автор РБК Стиль
17 марта 2020
Опустошенные города, подорванная экономика, человеческие жертвы — благодарить эпидемии вирусов, прямо скажем, не за что. Но, как и другие паразиты, вирусы играют важную роль в нашей жизни: буквально вплетаясь в нашу ДНК, они помогают нам эволюционировать.
«Что нас не убивает, делает нас сильнее» — вот уж точно лучший эпиграф к книге Шарома Моалема «А что, если они нам не враги? Как болезни спасают людей от вымирания», русский перевод которой выпустило издательство «Бомбора». В ней американский врач и ученый объясняет, что болезни, вирусы и даже живущие в нас паразиты хоть и опасны, но сослужили человечеству добрую службу. «РБК Стиль» публикует отрывок из книги, рассказывающий, какую роль в нашей жизни играют вирусы.
Может быть, вы и думаете о вирусах каждый день — по крайней мере о том, как их избежать, будь то вирусы компьютерные или биологические, — однако вы наверняка давненько не читали о них в книгах по биологии, поэтому сейчас мы быстренько освежим ваши познания о них. Вирусы представляют собой фрагменты генетического кода, неспособные к самостоятельному размножению. Единственный способ размножения вирусов — это заражение другого организма с целью использования его клеточных механизмов в своих целях.
Вирусы могут успеть размножиться много тысяч раз внутри одной клетки, прежде чем прорвут ее стенки и перейдут к захвату следующей клетки. Большинство ученых не считают вирусы «живыми» из-за отсутствия у них обмена веществ и способности к самостоятельному размножению.
Ретровирусы представляют собой довольно особую разновидность вирусов. Чтобы понять, что в этих вирусах такого важного, следует сначала уяснить, как именно используется генетическая информация для построения клеток и в конечном счете целых организмов. Если в общих чертах, то строительство организма происходит по следующему пути: от ДНК к РНК и от РНК к белкам. Представьте себе, что ДНК — это библиотека, содержащая чертежи целого города, а клетки нашего тела — различные здания этого города: школы, муниципальные здания, жилые дома, гостиницы и т.д. Когда у организма возникает потребность построить новое здание, он использует для этих целей вспомогательный фермент под названием «РНК-полимераза», чтобы скопировать чертежи этого здания на матричную РНК — мРНК. мРНК относит эти чертежи на стройплощадку и руководит постройкой заказанного здания, или белка.
На протяжении долгого времени ученые были уверены, что генетическая информация способна перемещаться только в этом направлении: от ДНК к РНК и от РНК к белку. Открытие ретровирусов — таких как ВИЧ — доказало, что они были не правы. Ретровирусы состоят из РНК. С помощью фермента под названием «обратная транскриптаза» ретровирусы синтезируют ДНК на матрице своей РНК — происходит изменение направления информационного потока. Если следовать нашей аналогии с городом, то это равносильно изменению оригинальных чертежей, вместо того чтобы просто копировать их и переносить полученные копии. У этого процесса существуют серьезнейшие последствия — ретровирусы способны буквально изменять ДНК человека, так как могут встраиваться в его геном.
Открытие РНК, способных трансформироваться в ДНК, привело к открытию новых лекарств, ставших основой современной комбинированной антиретровирусной терапии, применяемой для лечения ВИЧ-инфекции.
Подобно противооткатному упору (в простонародье известному как «башмак»), который водители подкладывают под колеса своих грузовиков, чтобы те не сдвинулись с места, некоторые из этих лекарств останавливают фермент обратной транскриптазы, в результате чего ВИЧ оказывается запертым в пределах своей внутриклеточной стоянки: он пытается забраться в ДНК клетки, но не может его достичь.
Теперь представьте себе, что происходит, когда ретровирус или вирус записывает свой генетический код в ДНК зародышевой клетки организма. Потомки этого организма рождаются с вирусом, навечно запечатанным в их ДНК.
Разумеется, чаще всего, как это происходит со всеми мутациями, при рождении потомков с измененной ретровирусом в зародышевых клетках одного из родителей ДНК, внесенное изменение оказывается вредоносным, и оно не задерживается в генофонде. Но если вирус не приносит никакого вреда, а то и вовсе повышает шансы потомков выжить и размножиться, то он может в конечном счете навсегда прописаться в генофонде.
ДНК — это библиотека, содержащая чертежи целого города, а клетки нашего тела — различные здания этого города: школы, муниципальные здания, жилые дома, гостиницы.
Если генетический код, изначально принадлежавший вирусу, становится частью генома организма, то они, по сути, становятся единым целым.
На сегодняшний день нам достоверно известно, что геном человека по меньшей мере на 8% состоит из ретровирусов и родственных им элементов, навсегда обосновавшихся в нашей ДНК, — их называют эндогенными ретровирусами человека, или HERV. Ученые только начинают постигать роль HERV в здоровье людей, однако они уже обнаружили весьма любопытные закономерности. Так, проведенное исследование показало, что один вид HERV может играть важную роль в образовании здоровой плаценты, а другое продемонстрировало наличие связи между эндогенными ретровирусами и заболеванием кожи под названием «псориаз».
Шустрые прыгающие гены тоже могут быть потомками вирусов. Выделяют два основных типа прыгающих генов — гены первого типа под названием «ДНК-транспозоны» прыгают, используя механизм «вырезать и вставить», в то время как второй тип, ретротранспозоны, используют для своих прыжков механизм «копировать и вставить». Оказывается, что прыгающие гены второго типа — ретротранспозоны — чертовски похожи на ретровирусы. В этом есть свой смысл, потому что используемый ими механизм «копировать и вставить» очень похож на механизм, применяемый ретровирусами. Сначала ретротранспозоны копируют себя в РНК, как это делают любые нормальные гены, затем, когда РНК доходит до того места в геноме, в котором эти прыгуны хотят приземлиться, ретротранспозоны с помощью обратной транскрипции вставляют себя в ДНК, изменяя привычное направление информационного потока, точно так же, как это делают и ретровирусы.
Никто не верит в силу вирусного маркетинга так, как Луис Вильярреал. Он убечто ничто на свете не способно так быстро распространять информацию, проникать во все живое и существовать настолько долго, как вирусы. Вильярреал является директором Центра исследования вирусов при Калифорнийском университете в Ирвине, и он досконально изучил последствия вирусного воздействия на эволюцию человека.
Вильярреал отдает должное Сальвадору Лурия, микробиологу, ставшему лауреатом Нобелевской премии, занимавшемуся научными исследованиями с сороковых по восьмидесятые годы прошлого века, за сделанное им предположение о том, что вирусы помогли положить начало эволюции человечества не снаружи, а изнутри. В 1959 году Лурия написал, что вклинивание вирусов в геном могло привести к созданию «успешного генетического шаблона, который лег в основу всех живых клеток».
Ничто на свете не способно так быстро распространять информацию, проникать во все живое и существовать настолько долго, как вирусы.
Вильярреал предположил, что эта идея приживалась достаточно долго по той причине, что у людей возникает чувство внутреннего отвращения, когда они слышат о том, что наша эволюция была спровоцирована паразитами: «В человеческой культуре неизбежно возникает сильная негативная реакция на все, что связано с паразитами. Ирония в том, что это настолько важная творческая сила… Если хочешь эволюционировать, приходится мириться с заражением паразитами».
В своей книге «Вирусы и эволюция жизни», опубликованной в 2005 году, Вильярреал говорит о том, что настало время по-новому взглянуть на вирусы. Вильярреал проводит различие между такими хорошо известными смертельными паразитами, как ВИЧ и вирус оспы и, как он их назвал, «устойчивыми вирусами». Под устойчивыми вирусами ученый подразумевает те, что мигрировали в наш геном миллионы лет назад, став нашими партнерами по эволюции.
То, какую пользу извлекли вирусы, навсегда поселившись в нашем геноме, очевидно — они стали жить за счет нас. Но какой прок был от этого нам? Что ж, вирусы в совершенстве владеют искусством мутации — они представляют собой огромнейший склад генетических возможностей, которые реализуются ими невероятно быстро — они мутируют в миллионы раз быстрее, чем мы.
Чтобы донести до людей то, насколько громаден генетический потенциал мира вирусов, Вильярреал часто просит людей попробовать представить себе все вирусы в Мировом океане — а их там ни много ни мало 100000000000000000000000000000 (если вы пытаетесь сосчитать, то это сто нониллионов). Эти крошечные контейнеры с генетическим кодом имеют микроскопические размеры, но, если выложить их все в ряд, получится цепочка длиной в десять миллионов световых лет. Вильярреал называет вирусы величайшими генетическими творцами, изобретающими огромное количество новых генов, некоторые из которых просачиваются в геном их носителей.
Происходит это следующим образом. Устойчивым вирусам в геноме человека наше выживание и размножение выгодно не меньше, чем нам самим — являясь частью нашей ДНК, они эволюционно заинтересованы в нашем успехе. Последние несколько миллионов лет вирусы, возможно, жили только за наш счет, в обмен на это позволив позаимствовать немного генетического кода из их внушительной генетической библиотеки. Благодаря своим возможностям для мутации вирусы неизбежно натыкаются на полезные гены намного быстрее, чем это бы происходило у нас без их помощи. В конечном счете такое взаимовыгодное сотрудничество с вирусами могло бы позволить нам эволюционировать и стать сложным организмом гораздо быстрее, чем мы это делаем сами.
Исследования прыгающих генов предоставили наглядные доказательства теории Вильярреала. Итак, прыгающие гены, скорее всего, произошли от вирусов. Как оказалось, чем сложнее живой организм, тем больше у него прыгающих генов. У человека и родственных ему африканских приматов даже есть особенный генетический признак, облегчающий нашему геному заключать сделки с вирусами. Какой-то отдельный ретровирус изменил наш геном так, чтобы в него было проще проникать другим ретровирусам. По мнению Вильярреала, способность приматов поддерживать заражение устойчивыми вирусами могло «ускорить» нашу эволюцию — если бы на наш геном стало воздействовать больше ретровирусов и процесс мутации ускорился. Возможно, именно это явление стимулировало появление в ходе эволюции современных людей.