Смогли бы археи и их вирусы столь же успешно приспособиться к новым экстремальным условиям, которые могут появиться в результате катастроф? Все живое может приспособиться к экстремальным условиям. Именно этому нас учат археи. Действительно ли они выживают лучше всех? Возможно, это зависит от того, насколько быстро происходят изменения. А может быть, и нет; возможно, они слишком медленно адаптируются! Для выживания в новых экстремальных условиях требуется формирование новых путей метаболизма, на что необходимо время. Может ли человек научиться у архей приспосабливаться к изменениям окружающей среды? На адаптацию потребовалось бы много времени. Выживание – процесс небыстрый, по крайней мере такого не было в прошлом, насколько мне известно. Таким образом, человек скорее вымер бы, чем стал экстремофилом!
Многие вирусы архей имеют неизвестные гены. Откуда они взялись? Вероятно, не из клеток, где их невозможно идентифицировать. Спектр генов вирусов гораздо шире, чем всех клеток, вместе взятых. Вирусы быстро производят новые гены, так же как и ДНК-вирусы, в силу их подверженной ошибкам репликации. Вирусы являются двигателями эволюции. Они изобретательны и пробуют разные возможности, предоставляя новую информацию клеткам, а не наоборот. Так как же, помогут ли нам вирусы приобрести термофильные свойства и обеспечить себе более продолжительное выживание? Возможно, в прошлом они уже это сделали.
7. Вирусы как ископаемые
Унаследованные вирусы
Хоуард Темин открыл не только фермент обратную транскриптазу, описанную в главе 3, но и эндогенные вирусы. Он был первооткрывателем в области исследований ретровирусов и обладал очень развитым воображением. Несмотря на ожесточенное сопротивление общественности и даже своих сотрудников, он утверждал, что должны существовать наследуемые формы РНК-содержащих ретровирусов, имеющих «промежуточную» ДНК-форму в ДНК-геномах хозяина. Для транскрипции вирусной РНК в ДНК эндогенным вирусам необходима обратная транскриптаза. Я была среди тех, кто не верил в это утверждение, и мне не удалось обнаружить обратную транскриптазу.
Обычно вирусы передаются «горизонтально», как экзогенные вирусы, которые могут распространяться внутри организма, а также от человека к человеку. Однако в ряде случаев такие вирусы могут инфицировать стволовые клетки, после чего они передаются «вертикально», от поколения к поколению. Как правило, это очень редкое явление, но такое может произойти, поскольку в организме вирусная инфекция распространяется триллионами вирусов. Обычно ретровирусы интегрируются в соматические клетки, но некоторые из них интегрируются и в стволовые клетки в качестве провирусной ДНК и передаются потомству. Можно ли унаследовать вирусы от родителей? Мы не должны этого делать – именно поэтому для целей генной терапии не разрешается использовать реплицирующие вирусы, которые могут интегрироваться в зародышевые клетки и передаваться будущим поколениям. В исследовательской деятельности это абсолютно запретная область.
Большинство унаследованных «эндогенных» вирусов происходят от ретровирусов. Но в нашем геноме могут оказаться и другие вирусы, даже РНК-содержащие вирусы, которые никогда не доходят до ДНК-стадии, используют одну из множества молекул обратной транскриптазы, плавающих в наших клетках, и производят копии ДНК, обеспечивая интеграцию. В настоящее время изучением этих вопросов занимается новая научная дисциплина – палеовирусология, которая появилась благодаря новым эффективным методам секвенирования. Исследователи всячески стремились найти вирусы в нашем геноме, и им это удалось.
Часто вирусы перестают продуцировать реальные вирусные частицы: они дефектны. Унаследованные последовательности эндогенных вирусов остаются в одних и тех же местах, и в силу этого их можно отличить от новых острых инфекций, которые встраиваются более или менее случайным образом. Это простой и легковыполнимый способ распознавания.
Мы рассмотрим механизм перехода от экзогенных к эндогенным вирусам на примере австралийских коал, так как в этом случае практически в реальном времени можно наблюдать процесс эндогенизации. Читатель может удивиться, узнав, что даже вирус Эбола способен проникать в линии зародышевых клеток. К сожалению, это не наблюдалось в организме человека, но имело место у летучих мышей, свиней и кенгуру. К сожалению? На этом вопросе нужно остановиться подробнее. Основная идея сводится к следующему: эндогенные вирусы защищают от экзогенных вирусов. Они их не пускают!
Экзогенные вирусы, главным образом ретровирусы, продолжают существовать в геноме (соматической) клетки на протяжении всей ее жизни. В случае ВИЧ жизненный цикл инфицированных лимфоцитов может составлять 60 дней. Затем клетки гибнут вместе с интегрированными в них ДНК провирусов. К этому времени продуцирующие вирус клетки распространяют 1010 вирионов в день. И все же такое выживание сохраняется практически навсегда, если ДНК провируса интегрируется в зародышевые клетки, поскольку эти клетки передаются из поколения в поколение. Таким образом, ретровирусы в организме отца или матери наследуются детьми как собственные гены, как «свой», а не инородный материал. Это продолжается 100 млн лет, а может быть, и дольше. В отличие от соматических клеток, зародышевые клетки, как правило, не продуцируют потомство, и потому новые вирусные частицы не появляются. 100 млн лет не является точно установленным временны́м рубежом, однако более продолжительные периоды интеграции трудно подтвердить, поскольку вирусные последовательности претерпевают мутации, изменения, делеции, которые в определенный момент аккумулируются настолько, что становится невозможно распознать вирусное происхождение ДНК.
Почему эндогенные вирусы накопились в наших геномах? Они должны происходить от реальных вирусных инфекций. Почему на протяжении миллионов лет они сохраняются в наших геномах как провирусная ДНК? По стечению обстоятельств? Случайно? Является ли интеграция надежным способом «укрывания» вирусов, которые прячутся под видом клеточных генов и так становятся недоступными для распознавания иммунной системой хозяина? Защищен ли эндогенный вирус от иммунной системы хозяина? Если это так, интеграция могла бы стать большим преимуществом не только для вируса, но также для клетки, в чем мы далее сможем убедиться. Все это действительно так.
У клетки практически нет шансов избавиться от эндогенной интегрированной ДНК провируса. В ней всегда есть некоторое количество остатков таких последовательностей. Есть концы провирусной ДНК, длинные концевые повторы (ДКП), которые являются промоторами для вирусных генов. Эти повторы идентичны на обоих концах провирусной ДНК в силу механизма репликации, задействованного в их образовании. Они могут рекомбинироваться после интеграции и тем самым устранять последовательности между ними, расщепляя «слоистые» структуры и оставляя за собой только один ДКП. Это приводит к формированию многочисленных одиночных ДКП и только нескольким полноразмерным ретровирусам. (В отличие от ДНК провирусов в клетках млекопитающих, ДНК профагов в бактериальных клетках может быть «выбита». Превосходят ли их фаги в этом отношении? Этот процесс индуцируется в бактериях под действием стресса, в силу чего бактерия-хозяин, как правило, лизируется, то есть погибает. У человека лизис клеток обычно не наблюдается.)
