Вирусы рыб также способны играть двойную роль – как экзогенно реплицирующиеся ретровирусы и как интегрирующиеся эндогенизированные вирусы. О вирусах рыб известно очень мало, однако количество рыбоводческих хозяйств в настоящее время растет, чтобы справиться со спросом на продовольствие. Возможно, у какого-нибудь вирусолога может возникнуть желание исследовать эти вирусы и поехать к немке Кристиане Нюсляйн-Фольхард, лауреату Нобелевской премии, которая в своих аквариумах, расположенных под крышей Общества Макса Планка в Тюбингене, держит 20 000 данио (рыбок-зебр) и разводит их. Эти рыбки очень часто используются для исследований, поскольку они прозрачны и можно наблюдать эффекты их мутаций. В США за научные достижения Кристиану приветствовали стоя. Королева мух стала королевой рыб. У них, безусловно, есть вирусы, просто мы пока о них мало знаем.
Палеовирусология
Сколько различных типов эндогенных вирусов в настоящее время находится в нашем геноме? До сих пор речь шла о том, что ретровирусы могут интегрироваться двумя путями: горизонтальным и вертикальным переносом генов. Вирусные частицы распространяются от клетки к клетке или от одного животного к другому путем горизонтального переноса генов. Кроме того, существуют вертикально переносимые ретровирусы, которые инфицируют зародышевые клетки и интегрируются в зародышевые линии. Такие вирусы в этих клетках передаются следующему поколению. Когда был секвенирован геном человека, в нем выявили не только последовательности ретровирусов, но также (ДНК) последовательности ДНК-содержащих вирусов и ДНК из РНК-содержащих вирусов – вируса болезни Борна и вируса Эбола. Обычно эти два вируса никогда не адаптируют промежуточную ДНК. Она каким-то «секретным образом превращается» в ДНК-содержащие вирусы, используя необычный механизм. Возможно, обратная транскриптаза была позаимствована внутри клетки и способствовала обратной транскрипции РНК в ДНК, чтобы РНК-содержащие вирусы в качестве ДНК-копий могли интегрироваться в геном. Как мы недавно выяснили, наши клетки полны ОТ. Они могут происходить от других ретровирусов или ретротранспозонов и становятся «заимствованными». Так в геном животных интегрируются вирусы болезни Борна и вирус Эбола. Последовательность их геномов со временем не слишком изменилась, и можно предположить, что у них есть свое предназначение. Они действительно обеспечивают защиту от новых инфекций, провоцируемую тем же вирусом путем интерференции. Вирусы болезни Борна присутствуют в виде ДНК у многих видов животных – у человека, обезьян, мартышек, слонов, лемуров, мышей, крыс и птиц, но не у лошадей. Возможно, именно так у человека сформировалась невосприимчивость: последовательности эндогенных вирусов болезни Борна обеспечивают защиту от заражения экзогенным вирусом болезни Борна. У лошадей не обнаружены эндогенные вирусы болезни Борна, и их действительно поражают экзогенные вирусы болезни Борна и даже вызывают депрессию – да, у лошадей бывает депрессия. У человека эндогенные вирусы болезни Борна экспрессируют некоторые высококонсервативные ядерные белки вируса, защищающие нас от новых вирусных инфекций. У человека депрессия имеет иные причины.
Эболавирусы можно проследить в геноме животных примерно до 40 млн лет назад. Возраст некоторых вирусов может исчисляться даже 100 млн лет. Они на удивление интактны и даже в настоящее время экспрессируют некоторые вирусные белки, связанные с современным штаммом «Заир». Вирус Эбола и марбургский вирус относятся к филовирусам (такое название они получили потому, что на снимках, сделанных при помощи электронного микроскопа, похожи на тонкие нити) и попали в геном независимо друг от друга. Филовирусы присутствуют в геноме североамериканских летучих мышей, у азиатских приматов, у южноамериканских и австралийских грызунов, а кроме того, они найдены у свиней. В отличие от вирусов болезни Борна, вирус Эбола никогда не интегрировался в геном человека, поэтому у нас нет от него защиты. С чем это связано? Возможно, эта инфекция возникла совсем недавно, поскольку, как отмечалось выше, в примере с коалами, эндогенизация требует времени. Также вполне возможно, что зародышевые клетки человека не подвержены инфицированию вирусом Эбола. Это нужно еще проверить! Отличный исследовательский проект.
Существует еще около 10 вирусов, «незаконно» проникших в геномы млекопитающих. Среди них есть даже редкие вирусы, например цирковирусы, имеющие геномы с одноцепочечной ДНК. Они часто отмечаются у свиней, куриц и голубей. Исходя из этого, можно сделать вывод, что практически все типы вирусов, имеющие разные стратегии репликации, могут стать эндогенными вирусами в геноме млекопитающих. Интеграция – предпочтительный механизм для вирусов, реплицирующихся в ядре клетки. Таким образом, интеграция вирусов в геном человека идет постоянно, при этом процесс проходит в необычных условиях и направлен на защиту хозяина.
Кроме того, виды животных с эндогенными вирусами могут продуцировать вирусы, инфицирующие другие виды животных и, возможно, вызывающие заболевания. Пытался ли кто-нибудь выяснить, может ли свиной вирус Эбола инфицировать людей? Возможно, это следовало бы проверить.
Поврежденные вирусы
Около 50% нашего генетического материала состоит из эндогенных ретровирусов или генов, родственных ретровирусам. В процессе эволюции организм человека подвергался многочисленным ретровирусным инфекциям, и все они оставили след в нашем геноме, подтверждением чему служат вирус «Феникс» (Phoenix) у человека и RELIK в геноме кролика. Со временем интегрированные вирусы мутировали и в ряде случаев более не распознаются как вирусы. Такие вырожденные вирусы не могут перемещаться, мигрировать или проникать в другие организмы. Они находятся внутри клетки или – даже более ограниченно – в ядре клетки. Старые вирусы «одомашнены» и предпочитают оставаться «дома»! Ученые называют их «ископаемыми» вирусами, а наш геном – «кладбищем» ранее имевших место вирусных инфекций. Этим «могилам» по крайней мере 35 млн лет, а некоторым, вероятно, и 200 млн лет. Другие же вирусы «молоды», им 1 млн лет. Несмотря на это, вирусные реликты на многое способны. Они могут перемещаться от одного сайта ДНК к другому, в силу чего их назвали «прыгающими» генами. Они могут попадать в наш геном и выходить из него, но не могут покинуть клетку. Эти «прыгающие» гены являются транспозируемыми элементами (ТЭ) или транспозонами.
Еще более «спортивными» являются некоторые вырожденные вирусы, которые делают «сальто», и при этом ДНК транскрибируется в РНК, а затем обратно в ДНК при помощи обратной транскриптазы. Затем эта копия ДНК интегрируется в геном. Данные транспозируемые элементы устроены так же, как ретротранспозоны.
Чтобы было понятнее, представьте себе компьютерную редакторскую программу по правке текста: нужно «вырезать и вставить» для транспозонов и «копировать и вставить» для ретротранспозонов. В первом случае часть ДНК вырезается, вставляется в другое место в геноме и интегрируется, что приводит к двойному повреждению ДНК. Во втором случае происходит интеграция транскрибированной ДНК, что является одноразовым генотоксическим событием. Генетический текст становится длиннее. Он увеличивается точно на размер части транскрибируемой ДНК. Ген дуплицируется – это механизм, имеющий чрезвычайно большое значение для нашего генома с точки зрения приобретения новых функций, которое заключается в том, что мутирует одна копия, а другая остается интактной и служит дублером. Очень давно геном человека «забыл» простой механизм «вырезать и копировать», хотя растения активно его используют и их геном до сих пор может пополняться таким же образом. Растения в этом смысле старомодны – вероятно, потому, что у них метаболические процессы протекают настолько медленнее, а адаптивные способности выражены настолько слабее, что два генетических дефекта обусловливают больше инноваций, чем один. Наш геном отказался от механизма «вырезать и вставить» примерно 35 млн лет назад, когда переключился на механизм «копировать и вставить». Нужно точно представлять себе различия между ДНК-транспозонами и ретротранспозонами, которые часто относятся к подкатегории «транспозируемые элементы» (ТЭ). При интеграции ретротранспозоны вызывают только одно повреждение, и это менее серьезное изменение или вариации апробированных и эффективных свойств.
