Вирусы против глобального потепления и откладывания яиц
«Вирусы могут быть полезными» – это утверждение нужно пояснить. Вирусы могут кооперироваться или соперничать друг с другом, и они зачастую используют такие возможности в своих собственных интересах. Горизонтальный перенос генов может осуществляться в любом направлении, гены могут встраиваться в клетку, и они же могут транспортироваться из клетки. Происходит ли перенос в первом из вышеназванных направлений чаще? Кроме того, существуют «вирусы-помощники», и один вирус может помогать другому. Дефектные вирусы могут использовать белковую оболочку недефектного вируса, присутствующего в той же клетке; они делят одну оболочку. «Полезные» вирусы могут даже исправлять генетические дефекты клетки, однако следует отметить, что вирусы зачастую оказываются полезными не только для клетки-хозяина, но также и для самих себя – если вирус повышает шансы клетки на выживание, тогда и у вируса появляется больше потомства. Но если с помощью вирусов удалить супрессоры опухоли, клетки живут дольше, гарантируя вирусам многочисленное потомство. Самый целесообразный вариант, если выгоду получают и клетка, и вирус – правильнее было бы назвать это мутуализмом. К «полезным» вирусам относятся даже вирусы герпеса, аденовирусы, фаги и вирусы растений. Аденовирусные инфекции могут защитить от роста опухоли, а вирусы герпеса способны быть супрессорами ВИЧ или бактерий. Состояние больного лейкемией мальчика улучшилось после того, как он заразился ветряной оспой. Подобная так называемая «вирусотерапия» имеет практически столетнюю историю и основана на острых ярко выраженных иммунологических защитных реакциях организма, спровоцированных каким-либо агентом; вместе с тем они эффективны (и не проявляют специфичность) против других заболеваний. В результате неожиданно отмечались случаи излечения.
Кроме того, фаги могут выступать в роли «хелперов» (помощников). Клетка-хозяин с радиационным поражением ДНК может получить поддержку от фага для восстановления поврежденной ДНК. Фаги лямбда даже способствуют восстановлению погибающей бактерии-хозяина, обеспечивая условия для производства большего количества своих потомков. А здоровые микробы замещают патогенные в микробиоте кишечника.
Приведу впечатляющий пример из мира растений, так как в будущем это поможет решить проблему снабжения продовольствием и спасти человечество от голода, – вирусы могут помочь человечеству противостоять глобальному потеплению! В Йеллоустонском национальном парке растет трава , которая может сохранять жизнеспособность при температуре выше 50 °С, но только при помощи гриба и вируса – такой вот тройственный симбиоз. Этому растению нужны грибы, а грибам – определенный вирус. У этого вируса очень броское название – (CThTV) (курвулярия-вирус, резистентный к тепловому воздействию). Этот вирус, действуя через гриб, придает растению теплоустойчивость. Правда, это происходит в несколько этапов. Вирус, помогая растению, «руководствуется эгоистическими соображениями», поскольку благополучие хозяина гарантирует ему большое потомство. Механизм мутуализма соответствует стратегии обоюдной выгоды, используемой в современном бизнесе. Даже встает вопрос, кто является реальным хозяином вируса – гриб или растение. Если удалить вирус, растение лишится резистентности к тепловому воздействию. Задача проводимого в настоящее время транскриптомного анализа – выявить механизм действия вируса, обеспечивающий его полезность, то есть профиль экспрессии транскриптов всех активированных им генов. Нет ничего удивительного в том, что гены осмоса, похоже, помогают растениям лучше обеспечивать себя водой в период засухи. Было установлено, что в десикации (усыхании) задействован сахар, но это свойство ослабевает за счет вируса. Кроме того, свою роль в формировании устойчивости грибов к стрессу играет пигмент (меланин). Нам надо лучше разобраться в этом, чтобы научиться противостоять последствиям влияния глобального потепления на развитие сельского хозяйства. Для того чтобы продолжать получать желаемые урожаи миндаля, калифорнийским фермерам, видимо, придется создать новые вирусы. Чтобы вырастить один миндальный орех, требуется 4 л воды. Зачастую это первичная вода, которой более 4 млрд лет и которую получают из скважин. В настоящее время в штате Калифорния из-за бурения скважин уровень подземных вод ежемесячно снижается на 5 см!
Самый удивительный результат действия полезных вирусов – образование плаценты у человека, и в этом процессе задействован ретровирус. Из-за этого вируса нам не нужно откладывать яйца, как многим другим животным, и эмбрион может развиваться внутри организма матери. Ретровирусы способны индуцировать иммунодефицит, свойство, приведшее к крупнейшей катастрофе в истории человечества – эпидемии СПИДа, вызванного ВИЧ. Способность вируса, близкого к ВИЧ, оказывать супрессивное действие на иммунную систему дала возможность эмбриону развиваться в утробе матери и не быть отторгнутым ее иммунной системой. Белок Env оболочки дефектного эндогенного ретровируса человека (HERV-W) стал частью плаценты матери, а конкретнее, он образовал синцитий, состоящий из многоядерных трофобластов, индуцирующих локальный иммунодефицит, обеспечивающий рост эмбриона. Млекопитающим не нужна яичная скорлупа, как птицам, или сумка, как кенгуру, чтобы эмбрион развивался в организме матери в отдельной полости. Просто удивительно, насколько похожи поверхности белка Env HERV-W и ВИЧ. И в том и в другом вирусах можно выявить ровно 20 аминокислот как соответствующие последовательности, и сегодня их выявляют в трансмембранном белке gp41. Самое удивительное, что в основе используемого в настоящее время простого теста на ВИЧ лежит синцитий: многие клетки сливаются друг с другом, образуя гигантские многоядерные клетки, но они легко выявляются при помощи оптического микроскопа. Таким образом, свойство, которое сегодня делает ВИЧ смертельным вирусом, ранее в процессе эволюции обусловило формирование одного из самых значимых преимуществ человека – развитие плаценты. Вероятно, есть больше свойств, за которые отвечают вирусы, но мы об этом ничего не знаем. Я не знаю, оказался и синцитий в матке преимуществом для этого вируса-предшественника, но вполне возможно, что это стратегия, повышающая шансы вируса на выживание. HERV-W относится к эндогенному вирусу овец(enJSRV), который до сих пор проявляет себя и как эндогенный, и как экзогенный. Именно из-за него умерла первая клонированная овца Долли. Этот вирус все еще находится в промежуточном состоянии между эндогенным и экзогенным, что довольно странно, поскольку считается, что он существует 5–7 млн лет. Тьерри Хайдман, работающий в Париже, выделил вторую молекулу синцитина, и аналогичные последовательности синцитина можно выявить и у многих других видов животных. Эти последовательности включают в себя вышеупомянутый RELIK – древний вирус кроликов и других млекопитающих, таких как кошки и собаки. «Эндогенизация» синцитиальных вирусов произошла 25–40 млн лет назад. Недавно даже у свиней и лошадей были описаны синцитиальные вирусы, связанные с плацентой, – 18 различных вирусов и большое количество видов. Они неродственны между собой, поэтому синцитий, возможно, «изобретался» много раз. Совсем недавно HERV-W и его оболочечный белок Env были обнаружены при целом ряде заболеваний у человека, включая амиотрофический боковой склероз (АБС), рассеянный склероз (РС) и диабет 2-го типа. Разрабатывается вакцина против белка Env. Более того, вирус РС уже получил название «ретровирус, ассоциируемый с рассеянным склерозом» (MSRV). Могут ли быть такие случаи единичными? Время покажет.
