Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Мы отметили общий принцип: ради преимуществ специализации при симбиозе утрачиваются гены. Нечто подобное происходило с цианобактериями, которые взяли на вооружение растения, а в настоящее время в виде хлоропластов специализируются на фотосинтезе. Такое на нашей планете наблюдалось лишь дважды – на удивление редко, особенно если учесть, насколько серьезные преимущества в этом случае получает клетка.

Возможно, это все-таки произошло и в третий раз. Кто же стал поставщиком ядер для эукариотов? Известны вирусы-кандидаты, в частности поксвирусы. Даже в настоящее время ретровирус может встраиваться в качестве ДНК-провируса в ДНК поксвирусов. Интеграция происходит в ядре при каждом инфицировании ретровирусом. В ряде случаев в качестве возможных кандидатов источника ядер рассматриваются вирусы герпеса. Еще одним кандидатом мог бы стать псевдовирус, в частности вирус гепатита В. Его ДНК обычно не интегрируется в ДНК клетки-хозяина, но это могло бы способствовать интеграции ДНК ретровируса или иной ДНК. Произошедшая в прошлом интеграция ДНК-провирусов из ретровирусов в наш геном может быть обнаружена и сегодня. До 50% нашего генома связно с интегрированными ретровирусами. Сформировали ли они наш геном, а еще и ядро?

Мы до сих пор не обсудили вопрос, откуда появились первые клетки. Первичные клетки относят к древнейшим универсальным общим (или клеточным) предкам (LUCA [11] Latest Universal Common (or Cellular) Ancestors (англ.). – Прим. ред. ). Был ли вирус предшественником LUCA? В чем заключается роль вирусов? Только ли в поставке ядер или, возможно, в формировании клетки в целом?

Гигантские вирусы, на которых мы подробно остановимся далее, укрепляют подозрение, что вирусы могли быть предшественниками клеток. Если LUCA представлял собой вирус, его нужно было бы назвать LUCAV, где V обозначает вирус, как предложил Евгений Кунин из Национального института здравоохранения (Бетесда, США). Он имеет в виду не превирус, не отдельно взятую последовательность генов вируса, а смесь большого количества различных последовательностей генов вируса, напоминающую квазивиды Манфреда Эйгена. И все же Эйген не считает, что сначала появились вирусы, что они сыграли важную роль на начальном этапе эволюции. Были ли бактерии «раздувшимися» вирусами? Данные проведенных недавно анализов подтверждают такую точку зрения, поскольку имеется широкий спектр вирусов – от мелких до гигантских, и последние оказываются даже крупнее некоторых бактериальных клеток. Луис Вильярреаль (Калифорния), так же как Евгений Кунин из Бетесды, долгое время является противником концепции первичности вирусов – точки зрения, согласно которой эволюция шла от вирусов к клеткам. Самые первые клетки и вирусы были похожи. Они представляли собой маленькие мешочки, состоявшие из липидных мембран и заполненные все более увеличивающимся количеством биомолекул, первых молекул, на основе которых возникла жизнь на Земле. Этот переход от вирусов к клеткам был не резким, а развивался постепенно, поэтому не обязательно придерживаться догматичной позиции в вопросе о том, что было первой простой структурой: вирус или клетка.

Обратная транскриптаза имеет большое значение не только для репликации ретровирусов и функционирования механизма «копировать и вставить», который действует в наших ДНК-геномах, но еще и в повседневной работе исследовательских лабораторий. Обратная транскриптаза играет важную роль в осуществлении полимеразной цепной реакции, системы амплификации. Эта система напоминает упрощенную репликацию вируса в пробирке, где происходит экспоненциальная амплификация генов. Эта технология стала революционным событием в области диагностики, поскольку до сих пор остается наиболее чувствительным методом выявления нуклеиновых кислот в микроорганизмах, вирусах, бактериях, опухолевых клетках, образцах любых тканей, ископаемых останках, мумиях, шерсти вымерших бизонов и т.д. Можно выявить даже мутации – единичные генетические изменения. Часто во время обычных посещений врача ПЦР проводится в целях диагностики либо мониторинга статуса заболевания или же реакции организма на терапию, поскольку эта реакция чрезвычайно быстро дает результаты. Получить несколько миллиграммов образца вполне возможно, и этого объема достаточно для проведения окрашивания – метод, который позволяет «увидеть» амплифицированную ДНК. Затем амплифицированная ДНК подвергается дополнительному анализу (секвенирование). Возможны варианты: если исходный материал представляет собой РНК, тогда применяется обратная транскриптаза для получения ДНК – так же, как для репликации ретровируса. Количество РНК отражает активность гена, что является информативным показателем, используемым в исследовательских и медицинских целях. Не соответствующая норме экспрессия может служить признаком заболевания. Поэтому важно провести количественную ПЦР с детекцией в реальном времени, и этот аналитический метод используется очень часто. Такой анализ называется «профилирование экспрессии» и проводится для определения активности всех генов клетки. Он характеризуется чрезвычайно высокой чувствительностью: например, в контексте ВИЧ вирусная нагрузка может определяться на очень низком уровне – 20 вирусных копий на 1 мл. Именно это в газетах называется «излечение», однако на самом деле речь идет не о реальном излечении, а о снижении количества вирусов до неопределяемого уровня. За счет использования технологических приемов удается ускорить реакцию и сделать ее более специфической, а термостабильные ферменты, предназначенные для реакции копирования, позволяют осуществлять полностью автоматическую амплификацию. В Йеллоустонском национальном парке такие ферменты обнаружили в гейзере с температурой воды 60 °С, но потом их стали находить во многих других термальных источниках. Говорят, что один ученый, желая получить термостойкие бактерии из такого термального источника для выделения термостабильной ОТ, поскользнулся на краю кратера и в результате потерял ногу. Если это правда, это очень печально. Этот фермент называется Taq-полимеразой, где Taq означает термостойкую бактерию Thermus aquaticus (это не архея).

Этот метод настолько чувствительный, что позволяет амплифицировать нуклеиновые кислоты из столь малого количества, что они могут оказаться «ни при чем» или не связаны с заболеванием – тем не менее! Поэтому сверхчувствительность метода может быть контрпродуктивна, а слепая вера в него – неправомерна и даже опасна. На самом деле мы не знаем, может ли наша иммунная система удалить незначительное число патогенов или даже раковых клеток, чтобы мы никогда не заболели, но это можно выяснить с помощью ПЦР, и это нас беспокоит.