Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Существует еще около 10 вирусов, «незаконно» проникших в геномы млекопитающих. Среди них есть даже редкие вирусы, например цирковирусы, имеющие геномы с одноцепочечной ДНК. Они часто отмечаются у свиней, куриц и голубей. Исходя из этого, можно сделать вывод, что практически все типы вирусов, имеющие разные стратегии репликации, могут стать эндогенными вирусами в геноме млекопитающих. Интеграция – предпочтительный механизм для вирусов, реплицирующихся в ядре клетки. Таким образом, интеграция вирусов в геном человека идет постоянно, при этом процесс проходит в необычных условиях и направлен на защиту хозяина.

Кроме того, виды животных с эндогенными вирусами могут продуцировать вирусы, инфицирующие другие виды животных и, возможно, вызывающие заболевания. Пытался ли кто-нибудь выяснить, может ли свиной вирус Эбола инфицировать людей? Возможно, это следовало бы проверить.

Около 50% нашего генетического материала состоит из эндогенных ретровирусов или генов, родственных ретровирусам. В процессе эволюции организм человека подвергался многочисленным ретровирусным инфекциям, и все они оставили след в нашем геноме, подтверждением чему служат вирус «Феникс» ( Phoenix) у человека и RELIK в геноме кролика. Со временем интегрированные вирусы мутировали и в ряде случаев более не распознаются как вирусы. Такие вырожденные вирусы не могут перемещаться, мигрировать или проникать в другие организмы. Они находятся внутри клетки или – даже более ограниченно – в ядре клетки. Старые вирусы «одомашнены» и предпочитают оставаться «дома»! Ученые называют их «ископаемыми» вирусами, а наш геном – «кладбищем» ранее имевших место вирусных инфекций. Этим «могилам» по крайней мере 35 млн лет, а некоторым, вероятно, и 200 млн лет. Другие же вирусы «молоды», им 1 млн лет. Несмотря на это, вирусные реликты на многое способны. Они могут перемещаться от одного сайта ДНК к другому, в силу чего их назвали «прыгающими» генами. Они могут попадать в наш геном и выходить из него, но не могут покинуть клетку. Эти «прыгающие» гены являются транспозируемыми элементами (ТЭ) или транспозонами.

Еще более «спортивными» являются некоторые вырожденные вирусы, которые делают «сальто», и при этом ДНК транскрибируется в РНК, а затем обратно в ДНК при помощи обратной транскриптазы. Затем эта копия ДНК интегрируется в геном. Данные транспозируемые элементы устроены так же, как ретротранспозоны.

Чтобы было понятнее, представьте себе компьютерную редакторскую программу по правке текста: нужно «вырезать и вставить» для транспозонов и «копировать и вставить» для ретротранспозонов. В первом случае часть ДНК вырезается, вставляется в другое место в геноме и интегрируется, что приводит к двойному повреждению ДНК. Во втором случае происходит интеграция транскрибированной ДНК, что является одноразовым генотоксическим событием. Генетический текст становится длиннее. Он увеличивается точно на размер части транскрибируемой ДНК. Ген дуплицируется – это механизм, имеющий чрезвычайно большое значение для нашего генома с точки зрения приобретения новых функций, которое заключается в том, что мутирует одна копия, а другая остается интактной и служит дублером. Очень давно геном человека «забыл» простой механизм «вырезать и копировать», хотя растения активно его используют и их геном до сих пор может пополняться таким же образом. Растения в этом смысле старомодны – вероятно, потому, что у них метаболические процессы протекают настолько медленнее, а адаптивные способности выражены настолько слабее, что два генетических дефекта обусловливают больше инноваций, чем один. Наш геном отказался от механизма «вырезать и вставить» примерно 35 млн лет назад, когда переключился на механизм «копировать и вставить». Нужно точно представлять себе различия между ДНК-транспозонами и ретротранспозонами, которые часто относятся к подкатегории «транспозируемые элементы» (ТЭ). При интеграции ретротранспозоны вызывают только одно повреждение, и это менее серьезное изменение или вариации апробированных и эффективных свойств.

В целом принцип прост – транспозоны ведут себя как вирусы с одним лишь ограничением: они могут перемещаться внутри клетки, а не между клетками, то есть они эндогенные, а не экзогенные. Заточение «прыгающих» генов можно трактовать и иначе – вероятно, это произошло на самых ранних этапах эволюции, и в этом случае эндогенные вирусы могли предшествовать экзогенным. Вполне возможно, что первые вирусы могли перемещаться исключительно внутри геномов и лишь позднее научились мигрировать из клетки в клетку или из одного организма в другой. Аргументом в пользу этой гипотезы служит то, что «покрывающий» белок – оболочечный Env-белок ретровирусов, который необходим для упаковки вирусов и их перемещения на более длинные расстояния, – появился позже других вирусов. Вирус может покинуть одну клетку и проникнуть в другую только в том случае, если он защищен оболочкой. Однако оболочечный белок может быть тоже потерян. Вероятно, были задействованы оба механизма – приобретения и дегенерации – и находившиеся в заточении вирусы обрели способность мигрировать, а вирусы, обладавшие способностью к миграции, оказались в заточении. Здесь также нельзя исключить возможность существования общего предка.

В одном из самых примечательных научных трудов, которые я когда-либо читала, приводилось описание открытия всех этих «экс-вирусов». Эта работа была опубликована в начале третьего тысячелетия и послужила началом совершенно нового научного направления, в рамках которого было поставлено такое количество вопросов, что их хватит не на один десяток лет. Около ста лет назад, когда Макс Планк был еще студентом, ему не советовали заниматься физикой, так как считалось, что физика себя изжила и перестала существовать как наука. Именно в это время открытия квантовой механики положили начало новой физике, которая полвека оставалась на переднем крае научных исследований. Поиск ответа на вопрос, каково значение последовательностей в нашем геноме, может занять еще полвека. Если этого времени окажется достаточно!

Столь значимый научный труд, о котором я говорю, был опубликован в Nature в 2001 г. Публикация представляла собой обзорную статью о работе Международного консорциума по секвенированию генома человека, первым автором которой был Эрик Ландер, и в ней использовались материалы почти 20 лабораторий всего мира. Эта работа объемом 60 страниц более чем с 40 рисунками озаглавлена «Первоначальное секвенирование и анализ генома человека» и является самой большой публикацией, которую мне приходилось видеть в данном журнале. Невозможно было себе представить, что наш геном состоит из вирусов! Из более или менее сложных вирусов, экс-вирусов и вирусоподобных элементов! На 50% или больше? На 80%? На 100%? Именно это побудило меня написать эту книгу – я хотела поделиться с читателями информацией и попытаться пояснить ее.