Майкл Кордингли - Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Косвенное подкрепление этой концепции было найдено в недавних исследованиях эндогенных борнавирусных элементов (EBLs) в геноме тринадцатиполосного суслика (Fujino et al., 2014). Кан Фуджино и его сотрудники сосредоточились на борнавирусном элементе суслика; этот элемент транскрибируется в мРНК, которая содержит открытую рамку считывания, кодирующую белок, 77 % аминокислотной последовательности которого совпадает с нуклеопротеином современного патогенного борнавируса. Такая консервативная последовательность в эндогенном борнавирусном элементе привела авторов к мысли о том, что это на самом деле включенный в геном вирусный ген, сохранивший свою функциональность в ходе эволюции. Ученым удалось экспрессировать клонированную копию эндогенного борнавирусного элемента суслика в инфицированной борнавирусом клетке и подавить репликацию вируса. Элемент включился в комплекс вирусного рибонуклеопротеина и подавил репликацию вирусной РНК. Механизм действия, скорее всего, обусловлен гетеро-мультимеризацией с нуклеопротеином нативного патогенного борнавируса, которая инактивирует комплекс. Эндогенизация этой вирусоподобной последовательности обеспечивает защиту суслика от инфицирования родственными экзогенными вирусами. Представляется вполне правдоподобным, что эндогенные филовирусоподобные элементы летучих мышей являются консервативными факторами, защищающими летучих мышей от родственных вирусов, и делают дикую популяцию летучих мышей естественным резервуаром вирусов геморрагической лихорадки, которая периодически вспыхивает в виде локальных эпидемий среди людей и других приматов.

Так же, как мышиные ретровирусы снабдили некоторые виды генетическим материалом, позволяющим развить иммунитет к инфекциям, поступили и эти вирусы. Выработка противовирусного ответа могла быть одним из этапов гонки вооружений между вирусами и их природными хозяевами. Как мы видим и в случае других инфекций, снижение патогенности может привести к большей устойчивости и меньшей вредоносности инфекции, что в эволюционном плане выгодно обеим сторонам. В противном случае тяжелые эпидемические инфекции, вызывающие быструю гибель хозяина, могут создать высокий риск вымирания для вирусов, если его линии не могут пребывать в организме хозяина, как в природном резервуаре. Эндогенные вирусные элементы позволяют создавать такие резервуары. Древние вирусы, оставившие ЭВЭ в хозяйских геномах 50 миллионов лет назад, видимо, вымерли и не являются прямыми предками вирусов, циркулирующих в наши дни. Фактически это одна из сил, создавших вирус Эбола, вирус Марбург и линии борнавируса, циркулирующие в настоящее время.

Сегодня мы справляемся со многими эндемическими вирусными заболеваниями человека с помощью вакцин. Широкое распространение вакцинации против оспы и кампания по ее искоренению закончились в 1977 году заявлением о полной ликвидации натуральной оспы. Вакцинация детей в раннем возрасте высокоэффективной вакциной в настоящее время доступна повсеместно. В развитых странах практически покончено со свинкой, корью, краснухой и полиомиелитом с помощью соответствующих вакцин. В прежние времена эти заболевания приносили много забот родителям. В моем детстве эти вирусные заболевания были едва ли не ритуальными – ими перебаливали практически все дети. Лично я приобрел иммунитет к кори, краснухе, свинке и ветрянке через не очень легкие заболевания. Эти заботы кажутся несколько неуместными сегодня (учитывая, например, что НАСА объявило о намерении отправить на Луну людей в конце нынешнего десятилетия), но такое легкое отношение было бы невозможным без изобретения противовирусных вакцин.

Мы научились обращать вирусы против них самих и превратили их в наши инструменты. Их использование в вакцинах для борьбы с инфекционными болезнями стало рутиной. Эти инструменты можно с полным правом считать средствами биологического (вирусного) контроля. Вакцины, содержащие живые вирусы и ослабленные живые вирусы, применяют для подавления вирусных инфекций у человека и домашних животных. Увенчались успехом также попытки использования вирусов для уничтожения паразитов домашних животных. Однако я рассмотрю один пример использования вируса как биологического оружия для уничтожения вида млекопитающего животного (это был спасительный провал, как уже, я надеюсь, догадываются читатели). Это будет каноническая притча о совместной эволюции вируса и хозяина. Этот рассказ можно понять в контексте биологии вирусной эволюции, и к тому же это замечательный пример принципа Черной Королевы в действии.

В 1896 году среди европейских кроликов, доставленных в Пастеровский институт Монтевидео (Уругвай), разразилась эпидемия какой-то болезни. Это был результат межвидовой передачи вируса миксомы, поксвируса, естественным хозяином которого был тапети, разновидность южно-американского кролика. Вирус миксомы вызывал относительно доброкачественные фиброзные разрастания у тапети, но оказался в высшей степени патогенным для европейских кроликов. Вирус вызывал у них тяжелую генерализованную болезнь (миксоматоз), сопровождавшуюся почти стопроцентной летальностью. Переносчиками заболевания являются комары. За сто лет до описываемых событий сами кролики стали бедственным поветрием. Европейские переселенцы в Австралию взяли с собой кроликов на свою новую родину. Животное, служившее поначалу источником мяса и меха, а иногда и объектом спортивной охоты, в течение восемнадцатого века расплодилось по всему пятому континенту. К 1920 году в Австралии обитали не менее 10 миллиардов кроликов. Еще в 1919 году бразильский ученый Х. Борепер Арагао понял, как можно с пользой применить вирус миксомы. Он обратился к австралийскому правительству с предложением воспользоваться вирусом миксомы для искусственного заражения кроликов (Fenner, 1983). Из этой инициативы ничего не вышло, и только после окончания Второй мировой войны было принято специальное постановление Содружества о борьбе с паразитами.

Всерьез за искоренение австралийских кроликов с помощью вируса миксомы взялись только в 1950 году. На инфекцию обратил внимание доктор Фрэнк Феннер, выдающийся австралийский вирусолог и автор классического учебника «Биология вирусов животных», опубликованного в 1974 году. Нам просто повезло, что этот человек проявил интерес к тому, что оказалось настоящим экспериментом в области совместной эволюции вируса и хозяина. Тщательные эпидемиологические и лабораторные исследования полевых штаммов вируса миксомы из диких популяций кроликов пролили свет на естественную историю и эволюцию возникновения болезни у нового хозяина. Феннер документально выявил изменения в численности популяции, заболеваемость и вирулентность вирусов миксомы, выделенных из кроликов по ходу распространения эпидемии. Совсем недавно картина была завершена анализом полных геномных последовательностей тех же самых вирусов. Теперь нам известны молекулярные механизмы совместной эволюции вирусов и кроликов.