Как вирусы влияют на человека и окружающую среду?
Влияние вирусов на людей и всю нашу планету не всегда очевидно, но даже то немногое, что нам о них известно, обещает немало сюрпризов в будущем. Чем же таким особенным они могут прославиться, кроме своих печально известных патогенных свойств?
Крошечные и вездесущие
Чтобы представить, насколько малы вирусы, возьмите одну крупинку соли — на ней может разместиться десять клеток кожи, около сотни бактерий и более тысячи вирусов. Изначально слово «вирус» в переводе с латинского означало «змеиный яд» или «человеческое семя» — смерть и рождение в одном слове. Затем слово «вирус» получило другое значение — им стали обозначать любую субстанцию, которая могла быть носителем болезни. Понятие «вирус» стало приобретать смысл, близкий к современному, лишь в конце XIX в., после открытия вируса, вызывающего мозаичную болезнь растения табака. Вслед за этим началось лавинообразное изучение вирусов, и за последние 100 лет огромное количество открытий связано с этими организмами. Полноценная вирусная частица (вирион) состоит из белковой оболочки, капсида, и внутреннего содержимого — нескольких специальных белков и нуклеиновой кислоты, кодирующей вирусные гены. Почти все из известных науке вирусов имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому они прикрепляются. Вынужденные обходиться малым количеством генетического материала, вирусы содержат только гены, отвечающие за размножение и выживание. Они не могут расти, размножаться делением, питаться, выводить продукты распада, противостоять низким и высоким температурам. Но каждое живое существо на планете — от крошечных микробов до крупных млекопитающих — содержит вирусы. Глубоко под землей, в песках пустыни Сахара, под километровыми толщами антарктического льда, в глубинах океана, везде можно обнаружить вирусы. Ученые открывают новые виды вирусов быстрее, чем их возможно исследовать должным образом. Даже в легких у каждого человека обитает в среднем 174 вида вирусов, причем вероятно лишь очень небольшая их часть известна науке, остальные еще предстоит изучить.
Тайное орудие эволюции
Вирусы сыграли решающую роль в зарождении и развитии жизни на земле. Еще миллионы лет назад они служили генетическим резервуаром для создания новых генов и усложнения видов и в процессе эволюции передали людям и другим живым организмам свои структурные элементы, а теперь вирусные гены занимают около 8% нашей ДНК. И по сегодняшний день каждое живое существо на планете испытывает на себе воздействие вирусов. По приблизительным расчетам, ежегодно вирусы переносят триллион триллионов генов от генома к геному. Циркуляция генетического материала оказала огромное воздействие на существование жизни на Земле. Вирусы служат «орудием эволюции», осуществляя обмен ДНК между биологическими видами, регулируя численность и контролируя рост популяций. Рассматривая эволюционный путь любого живого существа, за каждым шагом эволюции обнаруживаются крошечные и вездесущие вирусы — настоящие хозяева нашей планеты. Иногда «внедренные» гены делают носителя вируса более приспособленным в процессе развития и размножения, а успех хозяина автоматически обеспечивает процветание вируса. Главное оружие вирусов — это способность чрезвычайно быстро меняться. Вирусы обмениваются своими генами друг с другом, создавая новые виды, например, может соединяться вирус животного и человека, причем в обмене участвует генетический материал не только вирусов, но и их носителей.
У плаценты вирусное происхождение?
Научной сенсацией стало обнаружение вирусоподобных частиц в плаценте. Предполагается, что эти транспозоны внедрились в геном древних млекопитающих, а затем в процессе эволюции «одомашнились» и в качестве полноценных генов стали выполнять важные функции в развитии плаценты. Эти гены участвуют во внутриутробном развитии плода, могут управлять слиянием клеток в ходе формирования наружного слоя плаценты и защищать эмбрион от иммунной системы беременной. Поведение плаценты поразительным образом напоминает действие одного из ретровирусных белков — env (от англ. envelope — оболочка): во-первых, плацента состоит из слившихся клеток (синцитий), а во-вторых, обладает способностью подавлять иммунитет. В сущности плацента представляет собой чужеродный объект, находящийся в организме в течение 9 мес и достигающий к концу этого срока 3 кг. Именно плацента служит барьером, защищающим будущую мать от развития воспаления, а плод — от воздействия антител материнской крови. Оказалось, что похожие вирусные гены можно найти в плаценте разных животных, и если подавить их активность, то вынашивание плода становится невозможным. Вероятно, эти вирусные гены также защищают эмбрион от других вирусов. Таким образом, ретровирусы сыграли весомую роль в эволюции плацентарных животных. Появление у древних организмов плаценты является важным этапом их эволюционного развития в сторону усложнения. Плацента позволила предкам человека продлить внутриутробное развитие. Именно с этим сегодня связывают кардинальные изменения у млекопитающих, живших около 60 млн лет назад, — увеличение размеров мозга и постепенное развитие умственных способностей. Кстати, есть основания полагать, что внедрение ретровируса в качестве энхансера (усилителя) вблизи гена, связанного с синтезом нейромедиатора глутамата, тоже сыграло весомую роль в развитии умственных способностей человека.
Читайте также: Вирус водоросли влияет на умственные способности человека?
Океан в океане
На каждого обитателя океана приходится 15 вирусов, а по приблизительным подсчетам, в океане живет около 10³º вирусов. Даже сложно представить такое невероятное число! Их масса сравнима с весом 75 млн голубых китов. А если выстроить все вирусы океана в одну линию, то она протянется через 60 ближайших галактик. За одну секунду три триллиона морских вирусов находят своих носителей. К счастью, только 1/60 часть вирусов в океане способна инфицировать человека. Однако их хозяевами могут стать рыбы и другие морские животные, но наиболее частой мишенью вирусов являются бактерии. Каждый день вирусы убивают около половины всех бактерий в мировом океане. Особенно велико значение вирусов на глубинах более 1000 м, где почти 100% смертность бактерий обусловлена вирусными инфекциями. Вирусы заражают бактерии, обитающие в поверхностном слое донных отложений, вызывая их гибель и разрушение клеток. В результате в окружающую среду попадает большое количество растворенного и взвешенного органического вещества, которое снова используется бактериями, позволяя им наращивать численность. Таким образом, океанические вирусы играют важную роль в планетарном круговороте генов, вещества и энергии.
Читайте также: «Самый смертоносный вирус в истории человечества»
Цементирующее вещество биосферы
Смертоносная эффективность вирусов держит под контролем размножение бактерий, что играет на руку человечеству. Каждый день вирусы убивают триллионы бактерий, тем самым воздействуя на состояние атмосферы. Ведь бактерии — это главные геоинженеры Земли. Таким образом, вирусы играют важную роль в глобальном геохимическом круговороте, выступая в роли цементирующего вещества в биосфере. Они способны воздействовать на состав почвы, климат, свойства воды в мировом океане и пресных водоемах. Вирусы сохраняют температурный баланс на планете и участвуют в процессе выработки кислорода, которым мы дышим. Согласно примерным подсчетам, 10% всего фотосинтеза на Земле происходит благодаря генам вирусов. Ведь способность к фотосинтезу у океанических бактерий синехококков, производящих четверть атмосферного кислорода, обусловлена заимствованными у вирусов белками. Кроме того, обнаружены свободно живущие вирусы, которые обладают фотосинтетическими генами и находятся в поисках новых носителей. За каждый десятый вдох нам надо благодарить именно вирусы!
Читайте также: Что поможет в лечении особо опасных вирусных инфекций?
Жизнь под вирусным прицелом
Как бы ни хотелось завершить повествование о вирусах на этой оптимистичной ноте, но объективности ради все же стоит вспомнить об их болезнетворных свойствах. Даже в организме здорового человека ежедневно образуется более тысячи вирусов и вовсе не для того, чтобы нас порадовать. Вирусы, внедряясь в наш геном, преследуют свои цели, а не стремятся принести пользу человечеству, поэтому результаты их деятельности могут быть самыми непредсказуемыми. Ученые, изучающие многофакторные болезни, рано или поздно обнаруживают наличие эндогенных ретровирусов в тканях больных людей. Следы активации этих вирусов были найдены у больных сахарным диабетом, рассеянным склерозом, шизофренией, системной красной волчанкой, у пациентов с различными онкологическими заболеваниями. Внедряясь в гены, регулирующие клеточное деление, такие вирусы могут вызывать несанкционированное размножение клеток и образование опухолей. Считается, что около 20% раковых опухолей спровоцированы вирусными инфекциями. Предполагается, что многие вирусные гены в нашей ДНК не утратили своей активности и проявляются при благоприятном для них стечении обстоятельств, как бомба замедленного действия. Такое же коварное поведение характерно для многих свободно живущих болезнетворных вирусов. Вирус гриппа выжидает, пока его жертва пообщается с другими людьми, распространяя пока еще непроявившуюся инфекцию, и только потом «валит» инфицированного с ног. ВИЧ таится, пока носитель не передаст его половым путем. К распространению вирусов приводят большая скученность людей в современном мире и возможность быстрого перемещения. В наши дни носитель опасной инфекции за несколько часов может попасть с одного континента на другой. Кроме того, вирусы благодаря мутациям быстро приобретают резистентность к лекарствам и могут передавать эти свойства другим опасным патогенам.
Вирусы — это поразительные создания. Они сыграли немаловажную роль в формировании планеты и жизни всех живых существ. Ежесекундно мы испытываем на себе их воздействие, иногда очевидное, а в большинстве случаев неявное и пока еще неизвестное
Татьяна Кривомаз, канд. биол. наук
“Фармацевт Практик” #1′ 2016
На фото рядом с заголовком: аденовирус, новые частицы, собранные в клетке и готовящиеся к выходу; электронная микроскопия
