“Пациент скорее жив, чем мертв?” Эволюция вирусов
Вирусы – мы слышим о них каждый день, наши организмы постоянно взаимодействуют с ними, тысячи научных лабораторий уже десятки лет изучают их строение, патогенность, ищут их слабые места для борьбы с ними. При этом до сегодняшнего дня среди ученых нет консенсуса: вирус – живое существо или нет. В клетках они ведут себя как паразиты. Вне клетки – как обычные биополимерные частицы. Они не способны усваивать питательные вещества, у них отсутствует обмен веществ и собственный аппарат синтеза белка. Вирус чаще всего представляет собой молекулу нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) в оболочке, построенной из идентичных белковых молекул. Попав в клетку, вирус использует ее ресурсы для самовоспроизведения. Конечно, вирусы многообразны: например, вирусу Эбола достаточно семи генов, чтобы вызвать смертельно опасную лихорадку, в то время, как некоторые вирусы имеют больше генов, чем бактерии. У одних оболочка – простой белковый конверт, у других – сложная липопротеиновая структура, содержащая несколько ферментов. Но при этом даже самые сложные вирусы не заслуживают гордого звания «живой организм». Загляните в энциклопедии: в большинстве вирусы будут определены всего лишь как «инфекционные агенты».
Одна из проблем, связанных с изучением царства вирусов – их бешеная изменчивость. Вирусные гены быстро мутируют, да к тому же часто смешиваются с фрагментами генов организма-хозяина. Это создает проблемы не только при создании вакцин и антивирусных препаратов, но и при исследовании эволюции вирусов, их происхождения и взаимного родства. Однако недавно американские ученые предложили* новый метод изучения эволюции вирусов, позволивший им заявить, что, во-первых, вирусы живые, во-вторых, очень древние и, в-третьих, они прошли долгих путь эволюции вместе с клетками.
В фокусе нового исследования оказались не нуклеиновые кислоты, а вирусные белки, точнее, их пространственная структура. Как известно, функционирующий белок – это не просто цепочка из аминокислот, но сложная трехмерная конструкция. После синтеза на рибосоме аминокислотная цепочка не сворачивается в хаотичный клубок, а формирует регулярные структуры – спирали и складки, которые, взаимодействуя между собой, образуют белок, готовый выполнять свою функцию – структурную, транспортную, ферментативную и т.д. Так вот, исследователи руководствовались идеей, что пространственная структура вирусных белков гораздо менее изменчива, чем последовательность нуклеотидов в вирусных генах. Чаще всего генные мутации меняют отдельные аминокислоты в белках, которые они кодируют, но трехмерная структура белка при этом сохраняется.
Проанализировав трехмерную структуру белков 5080 организмов и 3460 вирусов, ученые обнаружили, что 442 типа укладки белковой молекулы у живых организмов и вирусов общие, а 66 характерны только для вирусов. Эти 66 типов укладки настолько своеобразны и не похожи на то, как ведут себя белки бактерий, растений и животных, что это противоречит гипотезе о том, что вирусы – просто клеточные нуклеиновые кислоты, вырвавшиеся на свободу и ведущий кочевой образ жизни. Исходя из пространственной структуры белковых молекул, авторы предположили, что вирусы и клетки произошли от общего предка, но при этом вирусы – более древние образования.
Конечно, данные исследования не утверждают, что вирус – это живой организм. Однако авторы предлагают пересмотреть и расширить определение «жизни».
* Nasir A and Caetano-Anollés G. A phylogenomic data-driven exploration of viral origins and evolution // Science Advances, 2015, Vol. 1, no. 8, e1500527. DOI: 10.1126/sciadv.1500527
На фото: частицы аденовируса (зеленый цвет) после размножения в клетке; просвечивающая электронная микроскопия
