Вирусы могли быть инструментом в эволюционном процессе

В журнале Nature опубликована статья, в которой современное состояние вирусологии сравнивается с временами Линнея и Дарвина в зоологии и ботанике. Разные группы ученых открывают все новые и новые вирусы. Эти открытия меняют наши представления о роли вирусов в эволюционных процессах.

В лаборатории Грэхэма Хэтфулла (Graham Hatfull) в Университете Питсбурга (University of Pittsburgh) за короткое время было выделено более 40 бактериофагов (вирусов бактерий), а также были прочитаны их геномы. «Все что нужно сделать, чтобы открыть новый вирус», - утверждает Хэтфулл, - «это пойти и посмотреть на то, что содержится под ближайшим кустом розы». Источниками новых бактериофагов в лаборатории Хэтфулла были: туберкулезная клиника в Индии, вольера для обезьян в Нью-Йоркском зоопарке и земля под кустом розы в 55 километрах от Университета Питсбурга.

Сегодня становится понятным, какое огромное разнообразие существует среди вирусов. Под руководством Фореста Ровера (Forest Rohwer) в Государственном Универститете Сан-Диего (San Diego State University, California) была разработана техника массового выделения и секвенирования вирусной ДНК. Оказалось, что килограмм морских осадков содержит больше миллиона различных вирусных геномов, а из кишечника человека можно выделить 1200 различных вирусов. «Каждый раз, когда мы секвенируем вирусный геном, мы сталкиваемся с чем-то новым», - говорит Ровер.

Это согласуется с результатами, полученными Хэтфуллом: в 40 бактериофагах, открытых в его лаборатории, около 50% их генов были ранее вообще неизвестны, эти гены не встречаются ни среди одноклеточных или многоклеточных организмов, ни среди других вирусов, чьи геномы прочитаны к сегодняшнему моменту.

Вирусы всегда рассматривались как очень простые системы, состоящие из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки. С тех пор, как вирусы были открыты, среди ученых велись дискуссии о том, что такое вирус – «существо или вещество?». Вирусы считались скорее аутсайдерами органического мира. Сегодня наши взгляды на роль вирусов в природе радикально меняются.

Современный взгляд на вирусы учитывает то, что они могут переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Вирусы являются внутриклеточными паразитами, которые используют живую клетку для того, чтобы размножить собственную ДНК и синтезировать собственные белки. При этом часто происходит так, что встраивая свою ДНК в ДНК клетки-хозяина, а потом вырезая ее, вирусы захватывают куски клеточной ДНК тоже. Обычно это происходит неспецифически – в результате геном вируса набивается некоторым «генетическим мусором». Иногда среди этого мусора случайно оказываются и какие-то полезные гены тоже. Эти гены могут быть занесены в другие клетки путем новой вирусной инфекции. Таким образом, вирусы могут быть передаточным звеном для приобретения новых генетических свойств.

Этот процесс широко распространен среди бактерий. Например, патогенность некоторых из них определяется наличием или отсутствием определенных генов, которые содержатся в ДНК бактериофагов, заражающих бактерии. Например, бактерия Neisseria meningitidis в норме обитает в слизистой носа, но иногда она может вызывать менингит, что определяется кластером генов бактериофагов. Похожая ситуация существует у множества бактерий, которые выделяют опасные токсины. Гены этих токсинов часто попадают в клетку с помощью бактериофагов. То же самое происходит с генами многих антибиотиков.

Некоторые исследователи разделяют сегодня точку зрения, что происхождение трех ветвей живых организмов – бактерий, архей и эукариот – сопровождалось и определялось вирусами, которые могли выступать в роли инструментов в эволюционном процессе.

Не обошлось без вирусов и в человеческом геноме. Секвенирование генома человека показало, что около 8% последовательностей ДНК представляют собой ретровирусные повторы. Интересно, что наличие большого количества вирусной ДНК в геноме человека – это то, что сильно отличает его от генома шимпанзе. Луи Вилларреал (Luis Villarreal) директор Центра вирусных исследований в Калифорнийском Университете (Center for Virus Research, University of California) утверждает, что вирусы могли сыграть свою роль в происхождении человека как биологического вида. Он считает, что вирусы вовлечены во многие эволюционные процессы, что ни одну биологическую систему нельзя рассматривать отдельно от них. «Я думаю, что вирусы – это самые креативные генетические системы, какие мы знаем на сегодняшний день», - говорит он. Это мнение разделяется многими ведущими исследователями мира.

Яна Войцеховская