Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

И в конце я хотела бы поговорить о «чудесах», о том, что мы до сих пор не понимаем, но чем все равно интересуемся. Червей C. elegans привлекает капля феромона, которая служит сигналом к спариванию; происходит это в лабораторных условиях в чашке для культивирования. А вот теперь начинается «чудо»: через несколько поколений потомство червей собирается на том же месте, даже когда запах феромона уже исчез. Им не нужны никакие сигналы. Установлено, что такая память сохраняется у червей в течение 50 поколений. Это кажется невероятным. Второй эксперимент подтвердил этот результат. Черви C. elegans любят жить во фруктовых садах, например, в таких как в Орсе под Парижем, где их и изучали. Обычно в садах черви с удовольствием питаются упавшими на землю гнилыми яблоками, в которых содержится некоторое количество алкоголя. «Алкозависимые» черви запоминают места в чашке Петри, куда был налит спирт, и следующие 30 поколений этих животных приползают в эти места, когда алкоголя там уже не осталось.

В данном случае «подозреваемым» является небольшая РНК, которая, вероятно, вызывает изменения хроматина и хранит эту информацию. В связи с таким поведением возникает вопрос: найдут ли внуки бордели, которые за много лет до этого часто посещали их деды? Нет. Человек – очень сложноорганизованное существо. Могут ли черви быть совершенным исключением или их можно использовать как модель для других организмов, для изучения алкогольной зависимости?

Хорошо известно, что у пчел существует четко отлаженная социальная структура, и в настоящее время ее изучают на предмет передаваемой РНК. Только пчеломатка получает маточное молочко. Имеются данные, что маточное молочко содержит ингредиент, определяющий социальное поведение следующих поколений. В настоящее время составляющие маточного молочка препарируются и анализируются в поиске piРНК. В немецких супермаркетах маточное молочко можно купить за €5. Это что, для совершенствования нашего социального поведения? Было бы слишком просто. Но на примере червей и растений достоверно доказано, что существует пища, приводящая к трансгенерационному эффекту или парамутации, но у человека такие изменения носят не столь долгосрочный характер.

Содержащаяся в сперме РНК уже получила название – PIWI-взаимодействующая РНК, или piРНК. Это означает, что РНК может взаимодействовать с белком PIWI, «ножницами», РНКаза Н-подобной молекулой. Что разрезают эти «ножницы»? Транспозоны, «прыгающие» гены, и РНК транспозонов подвергается сайленсингу, разрезается. piРНК немного длиннее siРНК, характерна для зародышевых клеток, отвечает за «приручение» «прыгающих» генов и является «охранником» наших геномов в зародышевых клетках. Это необходимо для обеспечения фертильности. Возможно, это служит профилактикой «катастрофы ошибок», слишком большого количества ошибок. Влияет ли это на обучаемость и память (на клетки головного мозга, нейроны), а также на наследование способности к обучению, соответствующего социального поведения и долголетия? И наконец, связано ли это с сексуальной активностью, спариванием и производством потомства? Полагаю, что да. Возможно, в подобном исследовании захотят поучаствовать молодые ученые. Если да, то нужно обращаться в Кембриджский университет (Великобритания) к Эрику Миска.

piРНК могут находиться где угодно. Возможно, специализация piРНК – спаривание и выживание разных видов организмов.

Это нам звоночек, напоминание о наследовании приобретенных свойств – такую гипотезу выдвинул французский ботаник и зоолог Жан Батист Ламарк (1744–1829). Он опубликовал книгу «Философия зоологии» (1809), в которой высказывает точку зрения, противоречащую позиции Дарвина и тому, что тот пишет в книге «Происхождение видов» (1859), основываясь на адаптации путем селекции. Эти вопросы в настоящее время активно обсуждаются. Возможно, разногласия между этими двумя учеными не столь серьезны, как кажется. Может ли быть так, что приобретенные свойства, то есть парамутации, через несколько поколений генетически фиксируются, становясь настоящей мутацией? РНК может превратиться в ДНК, и с некоторых пор мы это знаем. Этому может способствовать чудесная и вездесущая обратная транскриптаза.

Вероятно, то же самое происходит с piРНК, но возможно, это лишь мой досужий вымысел. Таким образом, круг замыкается, связывая первичные пре- и про-РНК, РНК вироидного типа, рибозимы и кольцевую РНК, а теперь еще и piРНК, находящуюся в сперме, все шпилько-петлеобразные структуры настолько прочно, что, как оказалось, они были способны противодействовать всем опасностям в течение примерно 3,8 млрд лет – с самого начала появления жизни на Земле и по настоящее время. Так мы закольцевали вопросы, рассматриваемые в этой книге.

Тем не менее остается немало открытых вопросов. А как работает система глобального позиционирования (GPS) в части, касающейся хранения информации у различных животных? Черепахи 20 лет подряд в одиночку переплывают океан, преодолевая 12 000 км, чтобы отложить яйца на определенном пляже. Последует ли их потомство тем же маршрутом, чтобы в том же месте отложить яйца, если их этому не научили матери, погибшие до того, как маленькие черепашки вылупились? В Берлинском зоопарке смотрителям за животными пришлось на собственном опыте понять, что в вольере для черепах нельзя перемещать ни одного камня, в противном случае черепахи перестают размножаться. Каждую весну аисты находят свои гнезда в небольшой деревушке Линум недалеко от Берлина. Прилетают они туда из Африки – сначала самцы, чуть позже самки, и находят друг друга. Бабочки-монархи погибли, когда деревья, на которых они обычно спаривались, вырубили. Хорошо известно, что форель или лосось помнят место откладывания икры и оплодотворения ее семенной жидкостью. С начала возникновения жизни на Земле 3,8 млрд лет назад на все это – и главным образом на процесс репродукции и формирования потомства – могли влиять следующие факторы: состояние магнитного поля, запахи, свет и поляризация света, цвет, пища, хемотаксис, враги, равно как и все средовые факторы. Способна ли piРНК содействовать формированию первого этапа – оплодотворению икры семенной жидкостью в дополнение к генам в форме ДНК? РНК существует с самого начала жизни на Земле, а piРНК – ее вариант, и в РНК-мире информация наследуется как РНК, а затем как ДНК, но РНК все равно сохраняется.

Можем ли мы узнать что-либо от вирусов, фагов и их хозяина о продолжении жизни, будущем и конце существования человечества? Инфекционные заболевания являются основной причиной смерти на нашей планете. Во время Первой мировой войны было уничтожено и погибло от гриппа около 100 млн человек. От ВИЧ/СПИДа, главным образом в развивающихся странах, умерло около 37 млн человек. От инфекционных заболеваний в мире ежегодно умирает 15 млн человек, от рака – около 10 млн, из которых 1,5 млн случаев связаны с вирусами. Новая «эпидемия» ожирения охватила примерно 300 млн человек, и, по оценкам некоторых ученых, в скором времени ожирением будет страдать треть населения планеты – при этом «инфицирующий агент» неизвестен. Нет вируса, известного как причина, – а что насчет бактерий? В конце концов, животным дают антибиотики для увеличения массы тела. По имеющимся данным, дети к подростковому возрасту получают десять курсов антибиотиков, что приводит к изменению их кишечного микробиома. Является ли это объяснением совершенно необъяснимо быстрого увеличения числа людей с ожирением, которое, похоже, носит характер эпидемии? Такая возможность серьезно обсуждается. Было показано, что у лиц с ожирением повышается вероятность развития рака и изменения дифференциации стволовых клеток в кишечнике. Какие последствия это может иметь для состава бактерий в экосистеме человека в долгосрочной перспективе? Если на бактерии оказывается негативное воздействие, такому же неблагоприятному воздействию подвергаются вирусы и фаги, поскольку все они при стрессовых условиях лизируют бактерии. К стрессовым условиям относят и ожирение, и микробиом кишечника. А что насчет архей и дрожжей? Ответа на этот вопрос не знает никто.