Вирусы размера XXL – пандовирусы
До того, как закончить главу о «гигантских вирусах», ее нужно дополнить.
С настоящего времени следует добавлять даты открытия – настолько быстро выявляются новые вирусы. После 20 июля 2013 г. появились сообщения об открытии двух новых вирусов. До того самым крупным гигантским вирусом считался амебный вирус с 1,25 млн пар оснований. Назовем его XL. Сейчас обнаружены два новых, еще более крупных вируса, которые почти в два раза больше XL-вируса – это супергигантские XXL-вирусы. Их ДНК состоит из 1,90–2,47 млн пар оснований, что соответствует 1900–2500 генов или генных продуктов. Жан-Мишель Клавери из Марселя выделил новые вирусы: первый – пандовирус самый большой из всех известных гигантских вирусов, обнаруженный в осадочных породах на побережье Чили, а второй – обнаруженный в австралийском пруду. Клавери пригласили читать лекции в австралийский университет, и, проходя мимо пруда, находящегося на территории кампуса, он наполнил стеклянную бутылку водой и грязью из этого пруда. А придя домой, изолировал Одновременное открытие двух гигантских вирусов в столь отдаленных друг от друга регионах не может быть счастливой случайностью. У этих вирусов должно быть нечто общее.
Недавно открытые вирусы внешне напоминают греческую амфору или – если использовать менее поэтичное сравнение – у них не икосаэдральная, а яйцевидная форма. И все же не форма определила их название, а, скорее, оптимизм ученого, который их обнаружил и который полагал, что будет открыто больше таких вирусов, согласно греческой легенде о ящике Пандоры – ящике, полном вирусов. Весьма оптимистичное предположение. Возможно, даже появятся огромные XXXL-вирусы. Как знать! Вероятно, их будет трудно отличить от бактерий, и все равно их могут не заметить!
Эти два вируса генетически совершенно не родственны ни между собой, ни другим гигантским вирусам. Они реплицируются в амебе, как и другие гигантские вирусы, однако у них нет признаков энергетически предпочтительной икосаэдральной формы, у них нет мембраны, нет «волосков»; скорее, это «голые» частицы. Из 2370 генов только 101 ген напоминает гены эукариотов, 43 – гены бактерий и 42 – гены других вирусов. Это практически невероятно, но 93% их генов неизвестны. И все же формы этих двух вирусов связаны между собой, они схожи – от Чили до Австралии. Их яйцевидная форма состоит из нескольких слоев. Кроме того, у них необычная ДНК, состоящая из линейных двойных спиралей с повторяющимися концами. Так же, как и другие гигантские вирусы, они обладают квазиклеточными свойствами: генами, необходимыми для репликации ДНК и синтеза белков, которые обычно поставляются клеткой-хозяином и отсутствуют у вирусов. Исследователи Дидье Рауль и Жан-Мишель Клавери высказали предположение о существовании нового домена жизни, четвертого царства в дополнение к уже существующим трем – бактерии, археи (и те и другие относятся к прокариотам), эукариоты. К ним можно добавить новые гигавирусы (или, если коротко, «гирусы»). Это похоже на хороший маркетинговый ход, направленный на повышение значимости открытия. Исследователи пошли еще дальше и поместили гирусы ниже микроорганизмов, представляющих третье царство, а именно в основание древа жизни в качестве общего предка. По оценкам ученых, возраст таких вирусов составляет 2,7 млрд лет.
Вирусы расположены у истоков корней древа жизни? В настоящее время все больше людей так считает. Но я отдаю предпочтение вироидам, поскольку гигантские вирусы слишком велики, чтобы служить началом жизни! Гигантские вирусы могут быть не полностью сформированными бактериями, которые на пути превращения в настоящие бактерии остановились где-то на боковой ветви, и процесс их развития остался незавершенным; или, наоборот, они могут быть выродившимися бактериями, потерявшими часть своих генов и независимость. В любом случае гигантские вирусы – это переходная форма между вирусами и клетками. Граница между ними не слишком четкая, но неразрывная. Как происходила эволюция? Стали ли мелкие вирусы более крупными и прогрессируют ли они, чтобы стать гигантскими вирусами и двигаться вперед по пути превращения в клетку? Это вполне коррелируется с усложнением структуры и увеличением размера. Или, вероятнее всего, обратное – действительно ли потеря генов и регрессия приводят к образованию вирусов? Полагаю, первое более вероятно, но об этом мы поговорим позже. Я написала научную статью о вирусах как двигателях эволюции, так как они являются поставщиками генов, изобретателями, которые участвовали в образовании жизни на ее ранних этапах, содействуя формированию всех геномов и даже антивирусной защиты. Эту статью я попыталась опубликовать в рецензируемых международных журналах. В результате появилось необычно большое количество анонимных рецензентов. Один редактор отправил мою статью семи рецензентам. Ничего подобного в моей практике ранее не было. Их мнения варьировались от весьма оптимистичной оценки («это новый взгляд на проблему», «неожиданная концепция», «инновационный подход», «нестандартный подход») до высказываний, в которых ставится под сомнение моя компетентность и знание основ вирусологии. Можно прочесть статью «Что современные вирусы могут рассказать нам об эволюции?» и короткую версию «Являются ли вирусы нашими древнейшими предками?». До меня на эту тему писали другие исследователи, в частности Луис Вильярреаль (он посвятил этой тематике целую книгу), а совсем недавно Евгений Кунин, биоматематик из Национального института здравоохранения США (NIH), и Карл Циммер, журналист, написавший небольшую брошюру под названием «Млекопитающие, “сделанные” вирусами». Говоря о древнем мире вирусов, или виросфере, Кунин использовал сокращение LUCAV, подразумевающее понятие LUCA[15] – последний универсальный общий предок, – и добавил букву V, означающую «вирус». LUCA должен иметь очень сложную структуру, поскольку для обеспечения жизнедеятельности первой «самой мелкой» искусственной клетки, полученной Крейгом Вентером, требуется 473 гена. Однако жизнь должна была бы начаться с более простых микроорганизмов. Инновационные вирусы перепробовали много вариантов, начиная не с одного, а с комбинации вирусов или «квазивидов» – из вирусов в «облаке», популяции, состоящей из большого количества различных последовательностей. Они вполне могли бы послужить начальной формой жизни. Затем горизонтальный перенос генов способствовал формированию более сложных структур. Только вот у простого пре- или провируса, вируса Ur, никогда не могло быть такого шанса.
Моя страсть к гигантским вирусам, должно быть, оказалась заразной, поскольку меня пригласили на радио, чтобы я рассказала, чем обусловлен новый виток интереса к гигантским вирусам. Имелся в виду предсказанный XXXL-вирус, называемый питовирусом (), сообщение об открытии которого появилось 3 марта 2014 г. Этот вирус тоже был открыт Жан-Мишелем Клавери. Питос – греческое слово, и, как указали авторы открытия, в древности оно обозначало «сосуд». В отличие от пандовирусов, питовирусы не похожи на амфоры, но имеют, как и мимивирусы, икосаэдральную структуру, состоящую из кольцевых ДНК и оболочки с удивительными «волосами». (.) Это просто еще один вариант вируса. Питовирусы обладают свойствами живых бактериальных клеток, могут транскрибировать ДНК в РНК и содержат ряд генов для синтеза белка. Так вирусы они или бактерии? Ответ на этот вопрос хотели бы знать не только рецензенты, но и читатели. Это важный вопрос о грани между вирусами и бактериальными клетками. Только бактерии способны к делению и репликации (они сами себя дуплицируют), в то время как вирусы не способны делиться на две части и расти. Типичным свойством вируса является его жизненный цикл: вирусы реплицируются каждые 20 часов, после чего амеба разрывается, одномоментно высвобождая тысячи вирусов. Это соответствует устоявшемуся представлению о классической репликации вируса. ()
У питовирусов есть одно специфическое свойство. Эти гигантские вирусы были обнаружены в сибирской вечной мерзлоте и поэтому называются . Их обнаружили в полостях отобранных проб льда. При помощи радиоуглеродного анализа удалось приблизительно определить возраст вирусов – 30 000 лет. В то время уже существовали неандертальцы. Самое невероятное то, что после столь длительного хранения в замороженном состоянии эти вирусы все еще биологически активны, а это значит, что они могут инфицировать амебы в лабораторных условиях и способны к репликации. Все вирусологи хранят вирусы в морозильном аппарате для низкотемпературного замораживания до 30 лет. Это стандартный способ хранения вирусов, при котором они сохраняют инфицирующую способность, особенно это касается ДНК-вирусов. Однако трудно себе представить, что может произойти с вирусом за 30 000 лет пребывания в вечной мерзлоте. Возможно, у журнала также были некоторые сомнения и члены редколлегии не верили в сохранность вируса при столь длительном нахождении в вечной мерзлоте, так как они не приняли в печать статью о питовирусах. Клавери и его коллеги бурили лед по горизонтали, а не в глубину. Действительно ли полученный распил представляет собой 30 000-летнюю вечную мерзлоту? С этими вирусами ничего не должно было случиться в лаборатории – ни репараций, ни мутаций. То же самое было в случае, когда недавно изолировали и реактивировали вирус гриппа, обнаруженный в останках солдата, погибшего во время Первой мировой войны, в течение 100 лет находившихся в условиях вечной мерзлоты. Однако геном вируса гриппа состоит из РНК, которые более лабильны, чем ДНК.
Изоляция питовирусов вызвала ряд вопросов, один из которых: что еще может так долго находиться во льдах? Авторы высказываются достаточно осторожно и определяют свои вирусы как «индикаторы безопасности» для других, потенциально более опасных вирусов – это своего рода «индекс ископаемости». До сих пор не было никаких признаков, что какая-нибудь болезнь вызвана гигантскими вирусами и они считаются безопасными. Тем не менее, к большому удивлению читателей, авторы статьи отметили поксвирусы. Эти вирусы считались вымершими, но они имеют некоторое сходство с самыми новыми гигантскими вирусами. Поксвирусы ранее не включали в семейство гигантских вирусов, хотя, принимая во внимание крупные линейные ДНК-геномы, их икосаэдральную структуру и способ репликации внутри клеточных ядер, они вполне могут принадлежать к этой категории. Могли ли они находиться в состоянии спячки в сибирской мерзлоте 30 000 лет и можно ли их реактивировать? Существуют ли другие подобные вирусы? Возможно, есть вирусы, о которых мы либо уже не знаем, либо еще не знаем? Это было бы страшно. (Некоторые другие редкие вирусы, в частности или ,не слишком далеки от поксвирусов или гигавирусов.)
Самый крупный поксвирус – он активно используется в генной терапии в качестве вакцинного штамма. Он содержит около 300 000 пар оснований и примерно 300 белков.
Открытие трех столь разных гигантских вирусов с интервалом в несколько месяцев в трех разных весьма удаленных друг от друга местах – в Австралии, Калифорнии и Сибири – не может быть чистой случайностью. Эти вирусы должны быть гораздо более широко распространены и вполне обычны. Итак, началась новая эра исследования вирусов.
Охота за вирусами в самом разгаре. Осенью 2015 г. вследствие глобального потепления был получен изолят еще одного нового 30 000-летнего вируса, , у которого примерно 500 генов, и эта история открытий продолжится.
