Выбраковка болезнью

Симбиотическое единство с вирусами

Виролюция. Фрэнк Райан, 2014 (Выдержки из книги)

В ходе работы над изучением болезней, вызываемых вирусами, я обнаружил, что агрессивный симбиоз между вирусом и носителем проходит в своём развитии серию специфических стадий. Первая фаза сводится к тому, что вирус находит себе нового партнера. Образ взаимодействия вируса с этим партнером сильно зависит от того, насколько близок новому носителю вид, изначально носивший вирус.

Чтобы вирус мог долгое время сосуществовать с носителем, последний должен оставаться в живых достаточно долго. В некоторых случаях такое сосуществование может и не приводить к заметным болезненным проявлениям. Я даже осмелюсь утверждать, что, скорее всего, довольно большое число вирусов вступают во взаимодействие с новыми носителями, не приводя к замечаемым нами болезням.

Однако в случае миксоматоза и ВИЧ новый хозяин, будь то австралийский кролик или человек, не способен мирно сосуществовать с определенным вирусом. Это первая стадия агрессивного симбиоза: вторгшийся вирус убивает всех, не способных вынести его присутствие. Я обозначил это явление как «выбраковка болезнью». Так оно было с миксоматозом и кроликами и, надо думать, со СПИДом и нашими дочеловеческими предками, заселившими протяженную область африканских тропических лесов. Нетрудно представить, что «выбраковка болезнью» оставит от популяции новых носителей лишь часть, способную перенести присутствие вируса и потому генетически отличающуюся от остальных, вымерших членов популяции. Хотя выжившие могут и не быть целиком здоровыми и жить в среднем меньше, но главное в эволюционной перспективе то, что они способны долгое время сосуществовать с вирусом. Наступает время второй стадии агрессивного симбиоза: долговременное взаимодействие вируса и носителя, коэволюция, потенциально способная привести к выгоде для обоих.

Для некоторых читателей, не занимающихся наукой, может показаться странным взгляд на вирусы как на симбионты. Разве вирусы — не жуткие патогены, абсолютно эгоистичные разрушительные генетические паразиты? Конечно, они паразиты, но рассматривать их лишь так — значит не видеть целого. В конце концов, паразитизм — тоже разновидность симбиоза.

Как все прочие вирусы, ретровирусы заражают некий биологический вид или несколько близких видов. Далее они попадают в кровь носителя, где выискивают подходящие клетки либо ткани. В случае ВИЧ-1 первичная цель вируса — лимфоциты. Нормальная же среда обитания вируса — геном носителя и его ближайшие окрестности. Вирус гнездится в хромосомах с их лабиринтом генов, сложной машинерией, позволяющей синтезировать белки, и неимоверно сложным контролирующим, «бюрократическим» генетическим аппаратом. Заметим, что вирусы — единственные организмы, настолько малые и примитивные, что способны обитать в геноме. Но как благодаря этому ничтожные по размерам вирусы столь могучи с эволюционной и болезнетворной точки зрения? Попадая в клетку, вирус немедленно вторгается в ядро, впрыскивает туда свой геном, объединяет его с геномом клетки, завладевает контрольными механизмами и заставляет чужой геном производить копии вируса.

Процесс передачи ретровируса по наследству получил название «эндогенизация». Эндогенизация превращает свободно блуждающий и заражающий клетки экзогенный ретровирус в упакованный в геном эндогенный вирус, отдавший свободу за долгую жизнь, возможно — и бессмертие в качестве составной части нового генома.

Вся моя научная работа была посвящена детальному анализу эволюционного взаимодействия вирусов с их носителями, и, в частности, тому, как вирусы меняют эволюцию носителей. Несомненно, именно в этом направлении следует искать ключ к парадоксальной загадке, откуда столько вирусов в человеческом геноме. Я уверен, что ответ нельзя найти, рассматривая человечество само по себе, — его следует рассматривать исключительно как органичную часть всего живого на Земле.

Вирус — паразит клетки. Следовательно, пока не образовались клетки, вирусов быть не могло. Но на самом деле вирусы могут паразитировать на любой способной к репликации системе, включая другие вирусы. В общих чертах, как только у вас появилось нечто способное к размножению, его может заразить вирус. В истории живого нет фиксированного момента, о котором можно сказать: «До него вирусов не было, а после — были». И в пребиотическом мире наверняка были генетические паразиты, паразиты всего, способного воспроизводить себя.

Океаны кишат подобными вирусами. По сути, прямо перед нашими глазами непрерывно происходит генетическое творение, причем в гигантских масштабах, — нечто вроде биологического «Большого взрыва».

Надо сказать, идея такого бессмертия показалась мне неоднозначной и заманчивой. В самом деле, это радикально новое объяснение поведения более чем двух сотен различных групп вирусов, вторгшихся в наш геном и геномы наших предков, — предположить, что эти вирусы обменяли возможность свободного горизонтального перехода между носителями на некий вид бессмертия. Геномы этих вирусов, их «эгоистичные» гены, их «бюрократы-контролеры» стали воспроизводить себя, только когда воспроизводил себя носитель. Но ведь в таких экстраординарных условиях менялся и последний. Невозможно полагать, что носитель до и после эндогенизации вируса — идентичен. Результат соединения вируса и носителя следует воспринимать с симбиотической точки зрения как новый организм с новым генетическим кодом, рожденным объединением двух геномов: вируса и позвоночного.

Цитируя Льюиса Томаса: «Нас сдают внаем, нас разделили и заняли. Внутри наших клеток живут, даруя энергию, позволяющую нам радоваться солнечному дню и стремиться к совершенству, сотни и тысячи созданий, в строгом смысле нам не принадлежащих, обитающих в цитоплазме — части клетки, лежащей между ядром и оболочкой».

С традиционной дарвиновской точки зрения, любое вторжение вируса в геном хозяина можно интерпретировать как «эгоистическое» действие с целью выживания этого вируса, и, вполне возможно, естественный отбор будет действовать во многом индивидуально для вируса и носителя. Однако, как мы уже видели на примере СПИДа, даже в разгар жесточайшей эпидемии можно наблюдать и отбор, работающий в значительной мере на уровне симбиоза. «Выбраковка» приводит к созданию нового партнерства между вирусом и носителем, остатки вида размножаются снова, и эти остатки, активно взаимодействующие с вирусом, будут иметь эволюционное преимущество.

Следует также ожидать, что вирусы даже после внедрения в наш геном и превращения в его часть по-прежнему останутся в сути своей вирусами. Если принять во внимание, что такое партнерство и естественный отбор у человека и его предков происходили с сотнями вирусов, то понятной становится структура произошедших от вирусов частей человеческого генома.

Вильярреал полагает, что LINE и SINE, вместе составляющие тридцать четыре процента человеческого генома, либо являются производными ретровирусов, либо контролируются ими. Вывод обескураживающий и поразительный. Это значит: вирусы вместе с их производными и тесно связанными структурами составляют как минимум сорок три процента человеческого генома — и со временем, по мере дальнейшего исследования еще не расшифрованных частей генома, этот процент, скорее всего, увеличится.

Как вирусы помогли нам стать людьми

Конечно, поначалу, когда ретровирус заражает не знакомого дотоле с этим вирусом носителя, доминировать будет «эгоистическая» эволюционная динамика. Но она быстро изменится в сторону партнерства, в особенности когда вирус персистентный. Долговременное выживание вируса становится тесно связанным с выживанием части вида, сумевшей пережить агрессивную начальную стадию симбиоза. При этом начинается новая эволюционная динамика, начинается активный симбиоз вируса и носителя, и отбор происходит уже симбиотическим образом.

С точки зрения симбиоза пандемия СПИДа представляет собой все еще первую стадию симбиотической динамики, названной мною «агрессивным симбиозом». Насколько мне известно, ни один геном млекопитающих не колонизирован ретровирусами столь обширно, как наш.

Принципиально важно то, что мы, люди, представляем собой голобионтическое единство вирусов и млекопитающих.

Теперь мы понимаем: ретровирусная часть нашего генома состоит из множества копий эндогенных ретро-вирусов, или HERV, подвергавшихся интенсивному эволюционному прессингу со времени их первого вторжения в человеческий геном.

Такое изобилие вирусов в геноме указывает на то, что за сотню с лишним миллионов лет эволюции млекопитающих они много раз подвергались вирусному заражению и экспансии вирусов в геном.

Поскольку у всех нас один и тот же набор HERV, это значит — все наши прямые предки были заражены. И хотя нельзя с уверенностью сказать, что каждая группа HERV прибывала в наш геном одинаковым образом, свидетельства пандемии СПИДа и в особенности эпидемии лейкемии у коал заставляют предположить: жестокая выбраковка вирусом не раз происходила и у предков человека и сопровождалась вымиранием значительной части популяции.

Хотя большая часть этих «выбраковок» произошла более десяти миллионов лет назад, значительная доля их пришлась на прямых предков человека.