В мире, полном необычных вещей, вирусы могут быть самыми странными. Они принимают самое непосредственное участие в жизни всех организмов, но сами технически не являются живыми. Тем не менее, как показал последний год, они могут оказывать драматическое воздействие на живые организмы. Один-единственный вирус может вырасти в геометрической прогрессии и стать событием, меняющим мир.
Вот десять важных фактов об этих крошечных, заразных существах.
10 Живы ли вирусы?
Можно подумать, что спор о том, что такое жизнь, уже решен. Как правило, мы знаем, является ли что-то живым или нет, просто взглянув на него, но вирусы стирают границы. Они состоят из того, что мы ассоциируем с жизнью: белков, липидов и нуклеиновых кислот. Они даже делают то, что мы ассоциируем с жизнью: реплицируются и эволюционируют. Но ключевым фактом является то, что они не могут делать это сами по себе. Чтобы вирус мог размножаться, он должен заразить клетку-хозяина и нарушить ее метаболизм. Большинство ученых считают вирусы неживыми совокупностями химических веществ, которые очень хорошо умеют создавать свои копии.
Однако некоторые исследователи считают вирусы очень живыми. Они ссылаются на сложность их геномов и скорость их эволюции. Они говорят, что когда мы представляем себе вирусы в их полной форме – в виде маленьких капсул с ДНК или РНК, – мы можем представить их мертвыми. Но только так же, как бактериальная спора мертва, когда она неактивна. Когда вирус попадает в клетку и начинает выполнять сложную задачу по созданию новых копий самого себя, они считают, что совершенно правильно рассматривать их как живые организмы.
С какой бы стороны вы ни подошли к дискуссии, “жизненный” цикл вируса очень интересен.
9Вирусы могут быть источником жизни
Эволюция – лучший способ понять, как изменялась и развивалась жизнь на Земле, но многие люди утверждают, что эволюция ничего не может рассказать нам о происхождении жизни. Однако одна гипотеза использует эволюцию для объяснения того, как могла возникнуть жизнь в том виде, в котором мы ее знаем.
В начале была РНК, молекула, тесно связанная с ДНК. Однако РНК способна скручиваться и образовывать молекулярные механизмы, которые могут создавать копии самих себя. Как только образовалась первая молекула РНК, способная делать это, она стала быстро размножаться. Если появятся мутации, которые позволят ей создавать больше копий, то она вытеснит другие нити РНК. Таким образом, неодушевленные молекулы могут эволюционировать.
Какие простейшие организмы используют РНК и ДНК для репликации? Вирусы. В гипотезе “Мира вирусов” первыми появились именно вирусы – и те из них, которые могли заражать клеточные организмы, дожили до наших дней.
8Вы в основном вирус
Вирусы есть везде. Везде, где есть жизнь, есть вирусы, которые связаны с ней. Хотя некоторые из них очень заметны благодаря своему воздействию на нас, многие настолько безобидны, что мы даже не подозреваем об их присутствии. И в каждый момент времени их очень много.
Мы склонны думать о человеке как о массе наших тканей и клеток – кусочков, имеющих общую ДНК. В человеческом теле насчитывается около 10 000 000 000 0000 000 клеток, которые являются человеческими. Однако это число ничтожно мало по сравнению с бактериями, которые живут внутри нас и на нас. В каждом человеке в десять раз больше бактериальных клеток, чем человеческих. Затем есть вирусы. Каждый человек несет в себе в сто раз больше вирусов, чем человеческих клеток.
Хотя некоторые из этих вирусов нацелены на клетки человека, многие из них хотят лишь заразить бактерии, с которыми мы живем вместе.
7Вирусные антибиотики
Одной из самых больших угроз современной медицины является устойчивость бактерий к антибиотикам. Когда наши антибиотики не справляются с бактериальными инфекциями, мы практически возвращаемся в досовременную эпоху, когда простая царапина могла привести к смерти. Вирусы могут стать нашими спасителями.
Бактерии, как и мы, являются жертвами вирусов. Фаги – это вирусы, заражающие бактерии. Как только фаг заражает бактерию, он воспроизводит сотни или тысячи своих копий и расщепляет бактерию, извергая больше вирусов, чтобы заразить больше бактерий. Если вы найдете фаг, который охотится и убивает опасную бактерию, возможно, вы найдете решение проблемы устойчивости к антибиотикам.
В настоящее время проводится много исследований в области фаговой терапии, как называют эти методы лечения, и многие ученые воодушевлены возможностью создания новых методов лечения бактериальных инфекций. Но идея использования фагов не совсем нова. Когда в 1926 году в Индии разразилась эпидемия холеры, врачи брали кал у людей, неожиданно выздоровевших от холеры, и давали его больным. Многие из тех, кто лечился этим несколько жутким методом, выздоровели. Вероятно, ответ на этот вопрос кроется в фаговых вирусах, которые поражают холерные микроорганизмы.
6Нобелевские премии
Впервые вирусы были открыты в 1892 году, когда Дмитрий Ивановский обнаружил, что растения табака могут заразиться болезнью при введении жидкости, пропущенной через фильтр, слишком маленький для того, чтобы через него могли пройти бактерии. Невидимый инфекционный агент вскоре был назван вирусом – от латинского “яд” или “слизистая жидкость”. Некоторые думали, что вирус – это жидкость, но Уэнделлу Стэнли удалось выделить вирус табачной мозаики и очистить его до кристаллов для изучения, доказав, что вирусы – это частицы. За свою работу он получил Нобелевскую премию в 1946 году.
С тех пор исследования вирусов десятки раз получали Нобелевскую премию либо за лечение вирусной инфекции, например, за создание вакцины против желтой лихорадки, либо за выяснение того, как такие вирусы, как папилломавирус, вызывают рак шейки матки.
5Умопомрачительные цифры
Все они есть на планете, но мы их не видим. Это позволяет понять, насколько малы вирусы на самом деле. Что же произойдет, если взять очень тонкий пинцет и разложить все эти вирусы в ряд? Средний размер вируса составляет около 125 нанометров – миллиардных долей метра. Поэтому разделите количество вирусов на их средний размер, чтобы узнать, как далеко протянется наша цепочка вирусов.
Ответ заключается в том, что длина нашей вирусной цепочки составила бы 800 миллионов световых лет. Она пройдет далеко за пределами ближайшей галактики и минует соседние скопления галактик.
4Маленькие вирусы
Мы видели, что вирусы могут быть маленькими, но насколько маленькими они могут быть? Это зависит от их нуклеиновых кислот. Вирус – это, по сути, просто причудливая оболочка вокруг ДНК или РНК. Оболочка помогает ДНК или РНК попасть в клетку-хозяина, а нуклеиновые кислоты заставляют клетку-хозяина создавать больше оболочек, чтобы вирус мог распространяться. Сколько генов это может занять?
Для цирковирусов, заражающих свиней, требуется всего три гена. Вся длина их генома составляет всего 1726 пар оснований, в то время как геном человека насчитывает более 3 миллиардов пар оснований. С помощью всего трех генов вирус способен проникать в клетку и реплицироваться. С таким коротким геномом для его размещения требуется лишь небольшая оболочка. Цирковирусы имеют размер всего 17 миллиардных долей метра в поперечнике.
Некоторые исследователи пытаются добиться еще меньших размеров. Одна группа объявила о создании искусственного вируса из кусочков белка и ДНК длиной 12 миллиардов метров. Есть надежда, что искусственные вирусы могут сыграть свою роль в усовершенствованных методах лечения.
3Гигантские (реанимированные) вирусы
Однако не все вирусы довольствуются тем, что остаются крошечными. Некоторые из них могут стать довольно большими – если считать бактерии большими. Когда исследователи искали бактерии в градирне, они собрали то, что считали бактериями, но не смогли их идентифицировать. Лишь много позже выяснилось, что это совершенно новый вид гигантских вирусов. Они назвали его мимивирусом, так как это был вирус МИкроба-МИмикинг. Длина его генома составляет более 12 миллионов пар оснований, и по размерам вирус превосходит самую маленькую бактерию.
С тех пор были обнаружены и другие гигантские вирусы, некоторые из них – в маловероятных местах. В 2014 году в замерзшей тундре России был обнаружен самый большой в истории вирус. Образцы, в которых он был обнаружен, имели возраст более 30 000 лет. Тогда они сделали очевидную вещь и попытались их оживить.
Ученые подвергли амеб воздействию размороженных вирусов, поскольку им известно, что другие гигантские вирусы заражают эти одноклеточные организмы. Несмотря на то, что вирусы относятся к каменному веку, они успешно проникли в клетки и размножились. Способность вирусов оставаться активными спустя столько времени привела к некоторым предположениям, что таяние вечной мерзлоты может высвободить давно забытые человеческие патогены.
2Вирусы – это вирусы
Мамавирус – это еще один гигантский вирус, который был обнаружен в градирне, заражающей амеб, но больше всего ученых взволновало открытие другого вируса, связанного с ним. Этот гораздо меньший вирус нацелен на мамавирус и охотится на него, как паразит. Из-за этого исследователи назвали его Sputnik, а другие вирусы, которые атакуют вирусы, известны как вирусы-спутники.
Sputnik не способен самостоятельно заразить амебу и размножиться. Он может размножаться только в амебах, которые уже были заражены мамавирусом. Вместо того, чтобы напрямую захватить собственный механизм клетки, Sputnik использует белки репликации вируса для создания своих копий.
Даже вирусы не защищены от коварных и изобретательных методов вирусного вторжения.
1Вы являетесь частью вируса
Все люди носят в себе вирусы того или иного типа – но мы также имеем вирусы, запертые в нашем геноме. Некоторые вирусы не довольствуются простой репликацией в наших клетках. Некоторые используют молекулярные машины, чтобы разрезать нашу ДНК и вставить в нее свою собственную. Если они делают это в сперматозоиде или яйцеклетке, то их ДНК может передаваться из поколения в поколение. За миллионы лет это происходило так часто, что около 8% всего генома человека состоит из этих вирусов, которые окаменели внутри нас.
Вирусы в геномах можно даже использовать для отслеживания эволюции. Если два вида имеют признаки заражения одним и тем же вирусом, то это может быть признаком того, что общий предок обоих видов был инфицирован до того, как они превратились в отдельные виды.
Как только вирусы застревают в нашем геноме и передаются дальше, они могут оказать большое влияние на эволюцию. В основном вирусы становятся инактивированными и перетасовываются по геному, и иногда это смешение может быть выгодным. Некоторые человеческие гены используют промоторные области вирусной ДНК для активации. Некоторые из них даже были включены в систему иммунного ответа человека – случай, когда вирусы борются с вирусами.
