Симбиотическая зависимость жизни, вирусное измерение.

Я много лет изучал и преподавал сравнительную анатомию. Мои ученики часто были удивлены тем, что мы изучали анатомию других животных наряду с анатомией людей. Несколько учеников поднимали руки и спрашивали, почему они должны изучать акул (например), когда их интересовали люди. Существует веская причина, по которой сравнительная анатомия требует рассмотрения рыб (и всех других видов жизни) рядом с люди. Оказывается, мы можем проследить отдельные органы, такие как печень или иммунную систему, через их собственную эволюционную историю, которая не зависит от существ, которые их имели. В некотором смысле органы можно рассматривать как популяции клеток с определёнными функциями. Механические работы специализированных клеток органов контролируются генетической информацией, которая прошла длинный путь от предков, которые несли подобные органы. В этом смысле органы превосходят время и виды.

Наши органы очень древние; у самых ранних рыб была печень, и эта печень функционировала так же, как и та, которая у нас есть в наших собственных телах. Независимо от того, кто наш субъект: акула, птица или человек, ученики быстро поняли, что каждый индивид представляет собой совокупность органов, все из которых связаны линиями происхождения. Например, клетки печени функционируют с удивительным сходством от видов к видам. Оказывается, вы можете сравнить печень акулы и печень человека, они делают почти то же самое (53. В частности, печень получает кровь из капилляров желудка, селезёнки, поджелудочной железы и печёночной артерии, пропускает эту кровь через синусоидальную сеть микроскопических долек, содержащих гепатоциты (также называемые клетки печени), которые активны в метаболизме пищи, производя необходимые строительные блоки, в качестве белков, глюкозы (гликогена), жирных кислот и холестерина, осуществляет фильтрацию экзогенных токсинов, хранения антител, употребления избыточных бактерий из кишечника, хранения крови и продуцирования желчи для пищеварения, среди других функций. Продукты печени высвобождаются в кровоток, из которого они возвращаются в сердце, чтобы рециркулировать через артериальную систему.) Это значительное понимание; оно говорит нам, что на биохимическом уровне эти системы уже давно существуют (подобно бактериальному фотосинтезу). Наши тела - всего лишь коллекция этих разных систем.

Я размышлял об этом со времени обучения в области сравнительной анатомии, но с тех пор всё чаще наблюдается симбиоз в смежных областях, таких как эволюционная биология. В прошлой главе мы увидели, как бактерии сформировали симбиотическую связь с нами, живущие рядом с клетками нашей собственной пищеварительной системы, чтобы создать микробиому. Это сообщество разных популяций с разными геномами развивается вместе и обнаруживает длительную биологическую предрасположенность к сосуществованию. В этой главе мы увидим, как подобный тип симбиотических отношений существует и внутри нас, причем популяция обычно рассматривается как нечто «зловещее» - вирусы.

Микробы, такие как бактерии и водоросли, отдалённо связаны с нами, и понимание их образа жизни - скорее упражнение в воображении, чем эмпатия. В общем, эти организмы свободно циркулируют во всех водных средах, а также вне водных мест, движутся с течениями и ветрами, процветая на поверхностях, соответствующих условиям их существования. Внутри крошечных заполненных жидкостью пространств между вашими костями, застывают на внутренних трубах и вентиляционных отверстиях, свободно плавают в океанах колониальных и одиночных бактерий повсюду, и их деятельность мало изменилась за миллиарды лет.

Несмотря на то, что мы не можем посетить первозданную Землю или исходную среду обитания бактерий и других микробов, наше воображение может помочь в создании понимания их существования. National Geographic - как журнал, так и одноимённый телеканал - позволяет нам увидеть отдалённые и микроскопические ниши, которые любят бактерии и водоросли. От глубоководных хребтов в середине Атлантического океана, извергающих ядовитые газы и расплавленную магму, до сверкающих приливных брызг, от жарящихся на солнце при температуре 100 градусов по Фаренгейту, до выходов на ледники горных вершин, эти изображения открывают самые одинокие места мира, где нам показывают доказательства жизни бактерий и водорослей. Даже если нам трудно сопереживать опыту отдельных бактерий или колоний водорослей, мы, конечно же, можем понять, насколько негостепреимно их местообитания.

Вирусы, однако, живут в экологической нише, которая настолько чужда нам, что человеку совершенно невозможно испытать что-либо подобное. Вирусы полностью завуалированы для нас: вирусы не обитают в жидкостях или в водянистых средах Земли или на поверхностях, или биопленках, или где-либо вообще, что мы обычно связываем с биосферой (54. Хотя некоторые вирусы можно найти в море или в других водянистых местообитаниях, они существуют там в состоянии «приостановленного оживления» или «инертного потенциала», не повторяя и не делая вообще ничего метаболически. Скорее они ждут удобного случая, чтобы паразитировать.) Вместо этого вирусы живут во внутриклеточной молекулярной среде, которую только самые специализированные учёные имеют возможность засвидетельствовать.

Если последние оценки верны, в настоящее время среди нас и внутри нас может быть до 100 миллионов сортов вирусов. Их довольно просто описать, но их трудно увидеть из-за их размера. Они находятся в масштабе от десятков до сотен нанометров (нанометр составляет 1/1000 микрометра, что составляет 1/1000 миллиметра). Только в самых технологически развитых лабораториях есть оборудование, достаточно чувствительное для просмотра их электронными микроскопами. Они состоят из капсулы - очень маленькой оболочки, заполненной небольшим количеством генов, необходимых для репликации и синтеза протеинов, которые пропитывают капсулу. Эти белки используются для связывания с клетками-хозяевами. Когда происходит заражение, вирусы присоединяются к клеткам хозяина. В этот момент клетка-хозяин полностью поглощает вирус (процесс, называемый фагоцитозом, более подробно об этом позже), или вирус может оставаться снаружи, но в обоих случаях генетический материал разделяется; гены вируса слиты с генами хозяина в ядре клетки.

Вирусы не являются самодостаточными репликаторами; они должны устраивать свои дома в других клетках. В отличие от бактерий, которые могут жить своей жизнью, свободно плавая в воде, потому что у них есть всё необходимое клеточное «средство» для выживания, вирус должен найти клетку-хозяина для завершения жизненного цикла. Если вирус не находит его, он становится - во всех смыслах и целях - инертной комплексной молекулой, которая умирает без прохождения по своим генам к следующему поколению. Однако вирус, который успешно находит клетку-хозяина, имеет ДНК, внутри ядра хозяина. Именно здесь вирусные гены сливаются с геномом хозяина и, таким образом, заставляют генетический механизм хозяина производить больше вирусных продуктов. После того, как сделаны сотни клональных вирусных копий, клетка-хозяин обычно умирает и разрывается. Это освобождает новые дочерние вирусы в окружающую среду, которая начинает новое поколение паразитарных инфекций.

Подумайте о миллионах инфицированных клеток в носу и горле во время простуды или гриппа, например, каждая из которых производит сотни новых вирусных частиц, а затем умирает каждый час, освобождая дочерние вирусы в ваш насморк и слюну. Легко понять, как популяция вирусных паразитов растёт так быстро, и почему она так быстро захватывает вашу здоровую ткань. Чихание, кашель или обмен жидкостями организма распространяет их на других, где вирусная популяция находит более здоровые ткани для заражения и продолжает расти.

Грипп и простуда - знакомые примеры пагубной вирусной инфекции. В других случаях, однако, вирусы не индуцируют репликацию в клетке-хозяине. Вместо этого они используют хозяина для временного хранения своего генетического материала. В таких случаях хозяин обычно может нормально функционировать без помех, даже несмотря на то, что он включил вирусные гены в свою собственную ДНК (55. Это называется лизогенной интеграцией, при которой репликация вирусного паразита не активирована. Более знакомый вид вирусной инфекции, как и в случае обычной простуды или гриппа, называется литической интеграцией, и в этом случае репликативный аппарат подвергается высокой нагрузке, и образуются многочисленные копии дочерних вирусов. Лизогенная интеграция часто характеризуется ретровирусами, которые используют РНК, а не ДНК в качестве своего генетического материала.) Почти так же, как если бы вирус шёл только на полпути, заражая здоровые клетки, а затем отдыхая после того, как он успешно слил свои гены в ДНК хозяина. Иногда, возможно, из-за экологического побуждения, доброкачественные, покоящиеся паразитические гены снова активируются, вызывая вредный эффект, который вызывает репликацию вируса. Но бывают случаи, когда эта фаза покоя становится постоянной в популяциях хозяев. На самом деле, иногда это может быть полезно.

Одно из преимуществ, которое мы, люди, получаем от вирусных генов, найдено в нашей способности переваривать крахмал. Амилаза представляет собой ферментный белок, присутствующий в слюне. Это помогает разрушать углеводы во рту, превращая их в сахара, когда мы жуём на первом этапе пищеварения. Гены, продуцирующие амилазу, активны в специализированных клетках наших слюнных желёз и в нашей ткани поджелудочной железы. Ученые обнаружили, что определённая последовательность вирусных генов (известная как ретровирусная) встроена в наши хромосомы, которая отвечает за активацию продуцирования амилазы в слюнной железе и поджелудочной железе (56. Ting, C.-N., et al. (1992), Endogenous retroviral sequences are required for tissue-specific expression of a human salivary amylase gene, Genes & Development 6, no. 8, 1457.) ​​Последствия этого открытия глубоки. Они показывают, что в какой-то момент во время эволюции приматов произошел вирусный симбиоз с нашими эволюционными предками, которые позволили нам переваривать крахмал. Этот симбиоз, не являющийся неприятной паразитической инфекцией, оказался полезным, потому что это позволило нам расширить наш рацион. Такая гибкость во время засухи или высокая сезонная доступность продовольствия должна была сильно благоприятствовать естественному отбору.

Исследователи полагают, что такие полезные симбиозы для вирусов-хозяев распространены в животном мире и что их высокая избирательная ценность позволяет им сохраняться в течение многих миллионов лет (57. Weiss, R. A., and J. P. Stoye, (2013), Our viral inheritance, Science 340, no. 6134, 820.) Кроме того, за эти огромные периоды геологического времени вирусные компоненты геномов, иногда называемые «вирусной нагрузкой», могут продолжать увеличиваться, потому что нет недостатка в симбиотических отношениях. Другими словами, эти вирусные симбиозы настолько благоприятны для естественного отбора, что вирусную нагрузку можно считать постоянным скреплением многих групп растений и животных. Без его высокого сродства к генетическому слиянию вирусная частица была бы просто безобидным наблюдателем на маскараде жизни.

Некоторые учёные утверждают, что, поскольку вирусы не обладают способностью к самовоспроизводству, они не «живы». Называть их неживыми означает упускать из вида один критический момент. Они могут быть незнакомы нам, но у них всё ещё есть потенциал для копирования, а репликация является важным фактором, когда мы говорим о популяции. Эволюционно, например, ваш репликативный потенциал - это единственное, что у вас есть. Что касается эволюции, то ваши достижения, ваши убеждения и ваши идеи ничего не значит по сравнению с тем, удалось ли вам передать ваши гены своему потомству и помочь им вырастить своё потомство. Мы эволюционно инертны, если у нас нет детей. Если вы решите не воспроизводиться, то, касательно эволюции, вы перестаёте иметь какое-либо значение (58. Конечно, это не должно означать, что ваша жизнь не имеет значения. Человеческое значение передаётся культурой, поэтому ваши вклады могут быть весьма значительными, даже если ваше генетическое наследие не передаётся будущим поколениям.) Люди могут обсуждать мудрость и последствия размножения, но вирусы не испытывают таких угрызений совести. Вирусы полностью полны репликативного потенциала, и во многих случаях они обеспечивают преимущества для своих хозяев, поэтому мы должны считать их важным игроком в эволюции всех популяций.

1964 год был отличным, насколько мне известно. Это был год, когда я родился, хотя я мало знал о масштабах всемирно значимых событий, происходящих вне моей кроватки в Мэдисоне, штат Висконсин. Это был год, когда генетический код был окончательно упорядочен после десятилетнего кропотливого эксперимента. Этот код одинаковый для всех организмов и вирусов. Помните, что «код» - это просто буквы и их смысл. Разница между видами не в коде, а скорее в том, как код упорядочен. Генетические последовательности выписываются как длинный список букв, каждый из которых соответствует определённой молекуле.Последовательность этих молекул, называемых нуклеотидами, различна у каждого вида (59. Для ДНК эти буквы AGTC означают аденин, гуаниа, тимин и цистозин. Для РНК урацил (U) замещен тимином. ДНК и РНК представляют собой нуклеиновые кислоты. Другие буквы представляют собой нуклеиновые основания.)

После 1964 года был большой интерес к поиску ДНК-последовательностей различных видов, чтобы узнать, насколько различны виды друг от друга. Генетика стала очагом исследований, особенно в попытках определить, была ли линейная корреляция вариаций на генетическом уровне (в последовательности нуклеотидных оснований) с фенотипической вариацией (разновидности форм, видимых невооруженным глазом). Этот квест привёл в конечном итоге к разработке последовательности целых геномов, которая состоит из точного упорядочения десятков миллионов нуклеиновых кислот и не могла быть достигнута без появления мощных компьютеров. (Геном человека был полностью упорядочен в 2001 году).

Возможно, самой поразительной вещью, которую мы узнали о геноме человека, является тот факт, что мы не так уникальны, как себе представляли. Геномная разница между людьми и нашим ближайшим родственником, шимпанзе, составляет лишь около 1 процента. Это означает, что примерно 99 процентов наших генов такие же как у шимпанзе! Это очень понравилось бы Чарльзу Дарвину. Он потратил большую часть своей жизни на людей, которые были возмущены его утверждением, что великие обезьяны и люди произошли от общего предка. Люди, для которых проблемой была связь с обезьянами, будут иметь ещё большую трудность с другим открытием, которое произошло в результате расшифровки генома человека.

Около 8 процентов человеческого генома получается из определенного класса вируса, упомянутого ранее, называемого ретровирусом (60.Ретровирусы используют РНК в качестве своего генетического материала и производят фермент, называемый обратной транскриптазой, для получения ДНК один раз внутри клетки-хозяина. Новообразованную ДНК затем вставляют в собственную ДНК хозяина, где она покоится. В этом состоянии покоя его иногда называют провирусом.) Ещё 34 процента мимических вирусов, которые были инактивированы (или, возможно, просто отдыхают, как описано ранее) и ещё около 3 процентов, имеют вероятное вирусное происхождение. Добавьте всё это вместе, и почти половина нашего генома является вирусной. Большинство из этих последовательностей были переданы нам от наших предков млекопитающих. Ретровирусный компонент нашей ДНК сам по себе составляет большую часть нашего генома, чем часть, которая указывает все белки, необходимые для нашего роста и выживания.

Геном млекопитающих подвергался почти постоянной инфекции вирусами, со времён происхождения группы более 200 млн.л.н. В то время было много случаев доброкачественного симбиоза, и, как указано выше, в некоторых случаях выгоды, получаемой в коэволюционном процессе. Другим словом, описывающим эту случайную связь, является «эндогенизация». Мы говорим, что вирусный геном стал эндогенным, когда он вставлен в ДНК спермотозоида или яйцеклетки хозяина (61.Ryan, Frank (2009), Virolution, 116–17, Collins, London.) В этом случае репродукция обеспечивает механизм, который позволяет инфекции пройти через время, от одного поколения к другому. Миллионы лет спустя потомки первоначального хозяина по-прежнему несут копии первоначальной вирусной инфекции. Поскольку люди поздно пришли на планету, наш род, Homo, составляет примерно всего 2,3 миллиона лет - мы унаследовали вирусные инфекции, превышающие 197 миллионов лет от наших предков (62. Homo habilis - старейшая человеческая окаменелость, принадлежащая нашему роду. Это известно из месторождений в Африке, которые составляют примерно 2,3 млн.лет.)

Только около 1,5% нашего генома состоит из генов, которые активно продуцируют белки, участвующие в построении наших скелетов, создании крови, производстве других органов и всех других необходимых для поддержания жизни. Если вы ведёте счёт, вы увидите, что почти половина нашего генома пропадает напрасно. Учёные не уверены в его функции. Ни активные гены, ни вирусная ДНК, большая часть этого генетического материала не могут участвовать в координации времени «включения» генов для создания белков или «выключения» генов во время эмбрионального развития. Некоторые такие «контрольные области» генома человека уже хорошо известны, но, скорее всего, будет много других открытий о том, как они, и, возможно, другие, функционируют.

Чтобы оценить вирусы, мы должны учитывать эти недавние открытия. Я никоим образом не хочу убеждать вас в том, что мы должны с уважением относиться к вирусам - это будет противоречить моей вере в то, что мы должны смотреть на жизнь без учёта сентиментальности, если наша цель - решить проблемы популяции (63. Сентиментальность, на мой взгляд, должна быть отнесена к её очень важной роли, например к средствам улучшения социальных связей.) Но первое представление о вирусах обычно отрицательное. У каждого из нас был грипп, который, вероятно, был впервые приобретён, когда мы были очень молоды. Вирус гриппа, вероятно, самый известный из всех вирусов. Поэтому вполне естественно, что общественное восприятие вирусного сосуществования будет отрицательным.

Однако то, что я представляю в этом разделе, менее известно, но важно понимать, потому что вирусы являются уникальными партнёрами в нашей эволюции и в нашей повседневной жизни, и им есть чему научить нас по сосуществованию с воспринимаемыми врагами , Каждая клетка нашего тела нагружена вирусными генами. Наши клетки относятся к типу, известному как эукариот. Каждый знакомый организм, от растений до животных, даже до низкого парамеция, состоит из эукариотических клеток. Фундаментальным свойством, которое отличает эти клетки от клеток прокариотических клеток (то есть бактерий), является то, что эукариотические клетки содержат сложную организацию органелл (крошечных органов), в то время как прокариоты лишены их. Каждая органелла обеспечивает специализированную функцию в жизни эукариотической клетки.

Бактерии не так сложны. Как мы видели в прошлой главе, они более одномерны в своей функции. Все бактериальные клетки имеют механическую функцию, подобную двигателю. Когда эта функция активна, она может превращать химические вещества из окружающей среды в другие химические соединения и получать некоторую энергию для себя в процессе. Прокариоты не имеют органелл, они просто переносят ДНК (не содержащуюся в ядре), диффузно плавающие в цитоплазме, а также несколько других простых частей, которые обеспечивают метаболическую функцию.

Почти вся жизнь на Земле может быть сосредоточена в этих двух больших категориях: те, которые являются прокариотическими, такими как бактерии и эукариоты, такие как животные, растения или водоросли. Понадобилось много времени, чтобы понять, что эукариотические организмы не могут существовать без близких симбиотических отношений с прокариотами (например, бактерии в человеческом кишечнике). Эта связь восходит к самым ранним дням жизни; первые эукариоты были симбиотическим соединением двух разных прокариотических клеток (64. Происхождение эукариотических клеток важно отметить здесь. Бактериальная эндогенизация произошла когда-то около 1,6 млрд.л.н., когда свободно живущая бактерия поселилась в свободноживущих фотосинтезирующих водорослях. Этот эндосимбиоз был весьма избирательно выгодным, и это привело к успешному размножению и массивному наращиванию клеток и колоний эукариотических организмов. Бактериальная часть эукариотической клетки предоставляет двигательные услуги клетке-хозяину. АТФ, например, как молекулярное топливо для энергии, происходит от органелл, называемых митохондриями, которые имеют свою собственную ДНК отдельно от ядра клетки-хозяина. Эта ДНК соответствует таковой у некоторых типов свободно живущих бактерий, называемых протеобактериями. Это сопоставление ДНК является самым убедительным доказательством эндосимбиотического происхождения эукариотических клеток.Margulis, Lynn (1996), Archaeal-eubacterial mergers in the origin of Eukarya: Phylogenetic classification of life, Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences 93, no. 3, 1071) Этот союз сформировал химеру - организм, состоящий из более чем одного генетического набора инструкций. Поэтому, если эукариотические организмы находятся в корневых химерах, то мы знаем, что наши собственные тела состоят из клеток, несущих гены, которые были переданы существующими предковыми видами. Некоторые из этих симбиотических союзов имели место примерно 1,6 миллиарда лет назад на заре эукариотической жизни.

Наш генетический материал находится в ядре каждой клетки в наших телах. Вероятно, вы видели ядро на уроке биологии школы: учитель режет тонкую луковицу лука, бросает на неё небольшое количество йода, чтобы добавить цвет, а клетки, которые составляют лук, становятся пятнами. Клеточные стенки и мембраны органелл поглощают краситель, и, как только наступает ваша очередь просматривать микроскоп, вы видите темную центральную зону, которая сама окружена круглой затемнённой мембраной, окружённой квадратной клеточной стенкой. Клетки упираются друг в друга и образуют лист непрерывной луковой ткани. Круги в каждом квадрате - это ядра, а темные окрашенные центры - генетический материал. Именно эти ядра характеризуют все эукариотические клетки.

Если вы закончите более подробный курс по микробиологии, у вас будет возможность просмотреть лучшие области применения и использовать лучшие красители. Эти специальные пятна позволяют видеть другие яйцевидные органеллы внутри эукариотических клеток. Это митохондрии, намного меньшие, чем ядро, но очень похожие на его происхождение - их предки были свободноживущими бактериями, которые подверглись эндосимбиотическому союзу и теперь существуют как неотъемлемая часть химерного организма клетки. Крайне важно признать это химерное качество всех эукариотических клеток и, как мы увидим, это также связано с вирусами (65. Margulis, Lynn, et al. (2000) The chimeric eukaryote: Origin of the nucleus from the karyomastigont in amitochondriate protists, Proceedings of the National Academy of Sciences 97, no. 13, 6954.)

Вирусы повсюду, но они не являются ни эукариотическими, ни прокариотическими по своей природе. Они просто не квалифицируются как клетки. Они, однако, являются репликаторами, как и прокариотические и эукариотические клетки. Это означает, что они могут воспроизводиться и передавать свой генетический материал следующему поколению. Вирусы, однако, являются обязательными паразитами, а это означает, что они не могут передавать свои гены или сами делать больше, не используя репродуктивную систему другого организма, как упоминалось ранее. Этот наследственный механизм дает им вечную особенность: они будут передаваться из поколения в поколение.

Свободно живущие вирусы, чтобы заимствовать более раннюю фразу, эволюционно инертны, если только они не найдут подходящего хозяина для заражения. К счастью для вирусов они очень хорошо присоединяются к хозяину. Вирус гриппа человека, или «грипп», впечатляюще успешен, потому что его частицы выбрасываются, когда уже заражённые люди чихают или кашляют. Эти частицы слишком малы, чтобы увидеть их - и настолько легки, что они не подвержены влиянию силы тяжести. Вместо этого они плывут по воздуху, подобно отложениям в быстротекущем потоке, никогда не касаясь поверхности земли, потому что гравитация недостаточно сильна, а их масса слишком мала. Когда мы вдыхаем, мы всасываем вирусные частицы в их предпочтительные оральные или носовые среды обитания, где они прикрепляются к слизистым оболочкам, которые выстилают наш рот, нос и легкие, и выделяют ферменты, которые позволяют их генетическому материалу проникать и смешиваться с цитоплазмой наших собственных клеток. «Тело» вируса, если называть его так, это действительно просто капсула, не проникает через мембранный барьер нашего носового, орального или пульмонического эпителия. В каком-то смысле вирусная капсула умерщвляется, высылается хозяином в виде отходов и передается только генетическое содержимое (66. Вирус представляет собой совокупность генетического материала (ДНК или РНК), обернутого в белковый слой или капсид. Большинство капсидов заключены внутри наружной мембраны или оболочки, состоящей из гликопротеина и липида. Некоторые вирусы, известные как бактериофаги, специализируются на заражении бактерий и имеют рудиментарную морфологию. У них есть голова - капсид, шея и хвост, обшитый белками с небольшими «волокнами» при самой дистальной проекции. Другие вирусы не имеют компонентов «тела» и представляют собой просто сфероидные массы с волокнистыми проекциями, выходящими в разных направлениях. Эти волокна содержат гликопротеины, необходимые для прикрепления к определённым поверхностям клетки-хозяина.)

После того, как гены вируса успешно вложены в хозяина, они быстро присоединяются множеством специфических ферментативных реакций к уже полностью функционирующей ДНК хозяина. Другими словами, больше нет следов исходной вирусной частицы, за исключением генома инфицированного организма, который теперь несёт вирусную ДНК. Заражённый человек быстро начинает ощущать последствия гриппа, потому что его клетки не функционируют нормально. Его метаболизм в настоящее время нарушается обременением вирусной нагрузки. Вирус использует клеточные механизмы человека, чтобы сделать копии своих генов внутри инфицированных клеток, создавать новые капсулы, которые несут воспроизводимую вирусную ДНК, и вызывать клеточные активности, которые не являются частью обычного здорового функционирования хозяина. Результат? В случае гриппа инфицированный человек действительно болен. Вирус нуждается в жидкостях организма - сопли, мокрота или диарея - чтобы покинуть тело и найти другого хозяина. Неисправные органы и мембраны хозяина генерируют потоки жидкости. Это делает его жизнь несчастной, но позволяет вирусу уйти в поисках новых плодородных мест обитания, то есть более неинфицированных тел.

Уходящий вирус берёт с собой сувенир своего хозяина; большинство видов вируса имеют мембрану (она же оболочка), которая окружает капсулу (капсид). Эта мембрана изготовлена из бислоя гликопротеина и липидов. Когда вирусная инфицированная клетка-хозяин вырабатывает новые вирусные частицы, из мембранного механизма хозяина создается свежий двойной слой липопротеинов. Другими словами, вирусная ДНК потомства заключена в мембраны, изготовленные хозяином. Два разных организменных источника (хозяин и вирус) производят одно химерное потомство (67. Для простоты объяснения я использую ДНК в качестве примера генетического материала. Помните, однако, что многие вирусы используют РНК, немного другую молекулу, в качестве своего генетического материала.)

В жизненном цикле типичного взаимодействия вирус-хозяин конечным результатом является кооптация способности хозяина создавать копии самого себя и производить клеточные продукты. Вирусная ДНК входит в хозяина, и невольно инфицированные клетки начинают делать вирусные копии в процессе деления клеток, размножения и нормального метаболизма. Это сотрудничество клеточного сообщества может привести к почкованию мембран из инфицированных клеток-мембран, которые производятся хозяином. Вирусная ДНК может направлять действия клеток-хозяев, чтобы продуцировать новые мембраны, окружать копии вирусной ДНК внутри клетки и создавать зародыши, которые выбрасываются и отправляются во внеклеточные пространства. Когда вирусные зародыши освобождаются, они становятся вирионами или вирусами в поисках другого хозяина для заражения.

В тот момент, когда встречается соответствующая клеточная поверхность, например, ваш носовой эпителий, вирион прикрепляется, высвобождает свой генетический материал в цитоплазму несчастной клетки-хозяина, и процесс вирусной коперы начинается снова. Клетка-хозяин несёт инфекцию, неся бремя вирусного генетического материала. Нет конкуренции, нет войны, просто автоматический симбиоз всякий раз, когда вирус встречает хозяина.

Эволюция - это серия запутанных и сложных взаимодействий между живыми существами, и поведение вирусов является отличным примером этого. Они прекрасно раскрывают одну из повторяющихся тем этой книги: все организмы являются живым доказательством прошлых симбиотических взаимодействий и одновременно находятся под влиянием новых биотических взаимодействий, которые изменят их так, как мы не можем предвидеть.

В какой-то момент в отдалённом эволюционном прошлом некоторые инфекции, похоже, стали постоянными приспособлениями биосферы, такими как полезные вирусные инфекции, упомянутые ранее, или, как мы увидим, фотосинтетические органы всех растений. Хотя сами вирусы являются хорошими примерами симбиотических союзов (капсидные мембраны продуцируются хозяином и генетическим материалом из «родительского» вируса), эукариотические клетки показывают ещё более богатую историю симбиоза, в которой вирусы также играют определенную роль.

Растения и животные нам знакомы, но их клеточная анатомия сложна. Если мы внимательно рассмотрим два основных типа эукариотических клеток, обобщённую растительную клетку и генерализованную клетку животных, мы видим, что они имеют существенные различия, хотя они эукариотны. Эти различия заключаются в том, что растительные клетки имеют жёсткую клеточную стенку, изготовленную из целлюлозного углевода, в то время как клетки животных не имеют клеточной стенки; клетки растений имеют пигменты, которые поглощают солнечный свет, в то время как в клетках животных отсутствуют такие пигменты. Но самое важное отличие нашего обсуждения в том, что растения получают свою энергию от крошечных органелл, называемых пластидами (например, хлоропласты), в то время как животные клетки не имеют их и вместо этого получают энергию от органелл, называемых митохондриями.

Одним из сходств между клетками растений и животных является наличие ядра. Именно внутри этого - самого большого из всех органелл - генетический материал, ДНК, хранится и секвестрируется, когда клетка находится в её покоящейся (не делящейся) стадии. Ядро, митохондрии и пластиды эукариот рассказывают увлекательную историю химерной эволюции.

Эукариотическая клетка состоит из более чем одного генома. То есть гены, которые он несёт в своем ядре, имеют другую эволюционную историю, чем гены, которые он несёт в своих митохондриях или пластидах. Русский биолог Дмитрий Мережковский впервые в 1905 году предположил, что эукариот существенно эволюционировал благодаря древнему симбиотическому событию, столь успешному, что он породил все различные формы эукариотных организмов, живущие сегодня. Позднее профессор Линн Маргулис из Массачусетского университета в Амхерсте восстановил это понятие (обнаружив его самостоятельно) на основе более современных данных в 1980-х годах, подчеркнув сходство между митохондриями и некоторыми архебактериями. В 1990-х годах Джеймс Лейк в Лос-Анджелесе выдвинул идею о том, что само ядро является продуктом древнего эндосимбиоза, первоначально являвшегося свободноживущей архебактерией (68. Gupta, Radhey, and G. Brian Golding, (1996), The origin of the eukarotic cell, Trends in Biochemical Sciences 21, no. 5, 166.)

Сегодня среди микробиологов мало аргументов, что эндосимбиоз - поглощение бактерий другими бактериями - сыграл ключевую роль в эволюции эукариотической клетки. На самом деле это называется «эндосимбиотической теорией» эволюции, и она занимает по-хорошему одну лекцию во вводном курсе эволюции, который я преподаю. Однако имеются значительные разногласия относительно того, какие конкретные виды бактерий были вовлечены в образование ядра, митохондрий и пластид (69. Gupta, Radhey (1998), Protein phylogenies and signature sequences: A reappraisal of evolutionary relationships among Archaebacteria, Eubacteria, and Eukaryotes, Microbiology and Molecular Biology Reviews 62, no. 4, 1435.) Теперь можно с уверенностью сказать, что ядра, митохондрии и пластиды всех эукариотов имеют различный набор генов, которые являются остатками летописи древних симбиотических событий.

Когда клетка делится и это происходит снова и снова во время нашего роста, ядро копирует гены, и они распределяются по дочерним клеткам, так что каждая клетка в наших телах содержит тот же генетический материал, который присутствовал при зачатии. Не существует совместного использования этого генетического материала с митохондриями (или пластидами в растениях). Митохондрии, которые присутствовали при оплодотворении (обеспечиваемые яйцеклеткой, т. е. от матери), делятся независимо и содержат свой набор уникальных генов - первоначально из определённого примитивного вида бактерий, принадлежащих к группе, называемой протеобактериями, - и не вносят вклад что-либо к ядерному геному клеток-хозяев. То же самое происходит и в растениях. Ядро вносит свой генетический контент только в ядра дочерних клеток, в то время как пластиды вносят вклад в дочерние пластиды, и никогда не делают два набора генов вместе (70. Интересно, что считается, что пластиды были когда-то свободноживущими цианобактериями. Следовательно, происхождение растений, согласно этой точке зрения, было эндосимбиотическим соединением одного из первых фотосинтезирующих организмов (цианобактерий) с уже установленным эукариотом в далеком докембрии. См. Gupta (1998), рис. 1.)

Так если эукариот является продуктом симбиотического события между двумя разными прокариотическими организмами, это оставляет нам несколько загадочных вопросов в отношении этой главы: (1) Где вирусы, которые не являются прокариотами или эукариотами, вступают в игру в эндосимбиотическую эволюцию эукариот? И (2) Как это относительно новое, симбиотическое мировоззрение связано с более традиционной доктриной эволюции на основе конкуренции?

Мы оставим второй вопрос для другой главы.

Но чтобы ответить на первый вопрос: на нашей планете есть что-то вроде 100 миллионов видов вирусов, и многие, если не большинство, заражают только бактерии. Как упоминалось ранее, эти вирусы известны как бактериофаги. Вирус бактериофага вводит свой генетический материал в бактерию, а гены хозяина смешиваются с генами вируса. Клеточная техника выдаёт копии вирусной ДНК и упаковывает её в аккуратные маленькие капсулы, которые выбрасываются из клетки (часто за счёт клетки, она уступает инфекции), а новые вирусные частицы (дочерние вирионы), часть вирусные (гены), часть хозяина (мембраны), высвобождаются не подозревающей популяции в поисках более заразительной активности.

Слияние вирусной ДНК и ДНК-хозяина привело к тому, что микробиологи рассматривали возможную роль вирусов в эндосимбиотической теории эволюции. Если бы бактерии поглощали другие бактерии в докембрии, образуя эндосимбиотические соединения, что приводило к более сложному типу клеток (эукариот), это могло бы быть хорошей защитой от бактериофагов. Другими словами, какой лучший способ защитить себя от вирусной атаки, которая возникает после «распознавания» вируса белков на поверхности клеточной мембраны хозяина, чем путём укрытия внутри другого вида?

Вирусы заполняли докембрийские океаны, ища потенциальных хозяева для заражения. Это всё ещё происходит; свободно плавающие ДНК-вирусы (называемые мимивирусами) перемещаются по нашим океанам и, как и бактерии, они, вероятно, плавают во всех видах водянистых сред с самого раннего этапа в истории биосферы.

Возможно, именно в открытом океане произошло ещё одно маловероятное, но очень адаптивное событие: свободноплавающая вирусная ДНК стала включена в цитоплазматическое пространство другого свободно плавающего одноклеточного организма, что-то похожее на красную водоросль. Другими словами, происхождение эукариотического ядра было, в упрощенном виде, вирусом, вырвавшимся из стадии безводной жизни, где он находился под постоянной инфекцией другими вирусами, - до судорожного существования внутри другой клетки (такой как красная водоросль).(71. Лучшее резюме вирусных эндосимбиотических взаимодействий Villarreal, Luis P., and Guenthea Witzany (2010), Viruses are essential agents within the roots and stem of the tree of life, Journal of Theoretical Biology 262, no. 4, 698.)

Таким образом, само ядро - определяющее характеристику всех знакомых организмов, может считаться имеющим вирусное происхождение (72. Под «знакомыми» я хочу обратить внимание на такие вещи, как белые медведи, собаки, кошки, люди, мыши, кукуруза, деревья, цветы, амёбы, парамеция и т. д. Хотя это немного туманно - то, что знакомо одному человеку, может быть не знакомо другому, предпочтительнее такая таксономическая неловкость называть эукариотические организмы «высшими» и прокариотических организмов «низшими» формами жизни. Если нужно, читатель может приравнять «знакомый» к термину «высшие организмы». Я полагаю, что никто не знаком с бактериями (прокариоты), кроме специалистов, поэтому их можно считать «ниже», но только в разговорном смысле речи.) Рассмотрим эти факты: Вирусы могут разлагать мембрану других клеток и собирать её, как мы видим в ядре во время эукариотических клеточных делений. Ядерная мембрана исчезает во время метафазы и повторно собирается во время телофазы в росте и поддержании всех знакомых организмов. Это означает, что вирусные гены участвуют в генетической репликации во время клеточного деления эукариот - факт, который был подтверждён молекулярными биологами.

Возможно, наиболее интригующе, вирусные гены непосредственно участвуют в транспозиции эукариотических генов во время клеточных делений. Другими словами, вирусы помогают «прыгать генам» у эукариот. Это явление, в котором сегменты ДНК переносятся из одной хромосомы в другую, является одним из наиболее значительных источников генетической вариации в привычных организмах. И, как мы уже знаем, эволюция невозможна без генетических изменений. Если вы посмотрите на жизнь таким образом, то вирусы имеют решающее значение для всех эукариотических организмов (73. Вирусы мутируют исключительно быстро. Не подстановками одиночных нуклеиновых кислот (так называемых точечных мутаций), а скорее путем опреснения и замены целых генов, т. е. транспозиции. Известно, что вирусная резистентность к ВИЧ-препаратам может развиваться внутри штамма так же быстро, как через один день после воздействия препарата. См . Sanjuan, Rafael, et al. (2010) Показатели вирусной мутации , Journal of Virology 84, no. 19, 9733. Следует также отметить, что транспозоны (прыгающие гены) были обнаружены в кукурузе Барбарой МакКлинток из Корнельского университета в 1931 году. За всю жизнь в растениеводстве она была наконец награждена Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1983 году.)

Эволюция знакомых видов, включая людей, включает вирусы из докембрийских океанов. Сегодняшние вирусные заболевания можно рассматривать как более свежие явления, модели сосуществования, которые всё ещё развиваются. Древние инфекции развились в течение сотен миллионов лет и теперь являются частью нас, секвестрированными в наших хромосомах. Теперь их можно считать симбиозами.

Некоторые люди находят идею о том, что вирусы играют и продолжают играть часть в продолжающейся эволюции жизни отвратительной. Кто хочет быть связанным с гриппом? Эти люди могут утверждать, что прокариоты-бактерии, например, в конечном итоге превратились в эукариот и что вирусы были одинаково заразительны для обоих. Однако есть данные о том, что вирусы были более доброкачественными с эукариотами. Давайте посмотрим на ферменты, которые помогают восстанавливать и копировать генетический материал, а также белок, который образует «скелет» внутри эукариотических клеток (белок, называемый тубулином). Молекулы полимеразы, ДНК-полимераза и РНК-полимераза, а также белок, называемый тубулином, имеют решающее значение для правильного функционирования всех эукариотов. Ферменты полимеразы работают над сбором новых цепей ДНК и РНК во время деления клеток, а белок тубулина действует как леса, на которых хромосомы собираются и разрываются во время образования дочерних клеток во время репликации. Эти элементы деления эукариотических клеток можно обнаружить в вирусах, но у прокариот есть свои рудиментарные полимеразы, не связанные с вирусами и эукариот. Тубулин вообще не встречается у прокариот.

Учитывая эту информацию, маловероятно, что прокариоты «эволюционировали» в эукариот в первые дни клеточной жизни на планете (74. И есть больше подтверждающих доказательств: например, вирусная ДНК является эукариотоподобной в том смысле, что она представляет собой линейные нити генетического материала, в отличие от кольцевой ДНК прокариот. Эта линейная компоновка требует другого - некоторые говорят о более сложном наборе реплицирующих ферментов и белков, чем в прокариотах. Есть больше запусков и остановок, например, при тиражировании линейных сегментов множественных хромосом (эукариотических и вирусных) в отличие от одного пуска и остановки в круговой нити (прокариотической). И, наконец, в океанах сегодня широко распространены лиофилирующие мимивирусы, большие ДНК-мембраны, связанные с мембраной. У них есть много свойств, которые делают их хорошими кандидатами в качестве потомков предкового организма, которые заражают другую клетку с флексией в докембрии, образуя эндосимбиотический союз и функционируя как изначальное ядро. See Bell, P. J. L., (2001), Viral Eukaryogenesis: Was the ancestor of the nucleus a complex DNA virus?, Journal of Molecular Evolution 53, no. 3, 251, and Monier, Adam, Jean Michael Clavier, and Hioyuki Ogata (2008), Taxonomic distribution of large DNA viruses in the sea, Genome Biology 9, no. 7, R106.) Однако столь же маловероятно, что вирусы «начали эволюцию жизни», потому что они полностью зависят от другой жизни своим существованием. Единственный логический вывод состоит в том, что все организмы сегодня имеют симбиотическую зависимость от других форм жизни благодаря взаимодействию простейших одиночных клеток, свободно плавающих вирусов и органических молекул (строительных блоков) первобытных океанов. Те отношения, которые были сформированы на самой ранней фазе биосферы, необходимы для функционирования биосферы. Мы не можем избежать этих взаимодействий. Следы этих древних симбиозов легко наблюдаются в нас самих и во всех организмах, с которыми мы сосуществуем.

Происхождение эукариотической клетки, скорее всего, представляет собой трехчастную драму, которая произошла за сотни миллионов лет до того, как на планете возникла какая-то сложная жизнь. Сначала был эндосимбиоз митохондрий (протеобактерии, заражающие другой одноклеточный организм), затем эндосимбиоз пластид в растениях и простейших (цианобактерии, инфицирующие клетки, которые уже развились с закрытыми митохондриями) и, наконец, эндосимбиоз ядра (крупный мимивирусоподобный вирус заражение водорослями пластидами и, возможно, отдельная инфекция без пластических клеток митохондрий). Все три акта были симбиотичны по своему стилю. Это означает отсутствие конкуренции, никаких противоборствующих группировок, никаких лиц, поддерживающих господство над другими индивидами, а скорее автоматическое молекулярное происхождение полимеризованных органических молекул (ДНК, РНК и связанных с ними продуктов, ферментов и т. п.), Вступающих в контакт с другими молекулами для формирования более сложных жизненных форм (таких как рудиментарные клетки). Симбиоз поставил основу для всего, что было позже, колониальных клеток, тканей, органов и многоклеточных организмов.

Все молекулярные и генетические данные указывают на противоречивый вывод: не какой-то примитивный прокариот проявлял особые благоприятные вариации и превращался в эукариотический организм. Скорее это была серия благоприятных симбиотических событий, которые позволили большому вирусу заразить какую-то примитивную водоросль и создать линию организмов, которая навсегда содержала связанное с мембраной ядро.

Миллиарды лет и бесчисленные инфекции спустя, эти вирусные организмы являются неотъемлемой, эндогенной частью генома нашего собственного вида. Что они там делают? То же самое, что делали вирусы с самых ранних этапов истории Земли: включать себя в хромосомы других организмов и использовать клеточный репликативный механизм органов хозяина, чтобы сделать больше копий себя.

Удивительно высокий вирусный компонент человеческого генома напоминает нам, что генетическая вариация, которую мы все несём, связана не только с наследством от человекоподобных предков, живущих в саванне в геологически недавнем прошлом, но также от паразитизма и модификации вирусами, в симбиотических союзах с более древними корнями (75. Геном человека содержит обилие HERV. HERV означает человеческий эндогенный ретровирус. Размер генетической нагрузки человека, состоящей из HERV, удивляет во многих отношениях. HERV составляют примерно 8 процентов от общего генома человека. Но когда мы добавляем другие компоненты нашего генома, которые являются прямыми вирусными потомками или вирусами, зависящими от их репликации, эта доля скапливается почти до половины генома человека. Это включает в себя LINE, аббревиатуру «длинные вкрапленные ядерные элементы (части генома, кодирующие фермент, называемый обратной транскриптазой, важный вирусный фермент, который, как считается, совершил прыжок на позвоночных животных и другие организмы в отдалённом эволюционном прошлом) и SINE , кратковременные вкраплённые ядерные элементы (части генома, которые не являются технически вирусным происхождением, и «некодирующие»), что означает, что они не используются для создания белков как таковых, но могут иметь решающее значение для модификации активности других белков. Последовательности являются наиболее распространённым типом SINE. Поскольку они зависят от HERV и LINE, они считаются ретротранспозонами, которые являются уникальными вирусными функциями.)

Как это ни странно, традиционная дарвиновская концепция «выживания наиболее приспособленных» не выдерживает критики в свете того, что мы знаем об эндосимбиотической теории (76. Именно Герберт Спенсер придумал и продвинул фразу «выживание наиболее приспособленных», а не Чарльз Дарвин. Тем не менее, именно в пропаганде дарвинизма фраза Спенсера использовалась так часто. Она стала почти синонимом «естественного отбора» и поэтому рассматривается как часть дарвиновской доктрины. Спенсер, Герберт (1895), «Основы биологии», Appleton & Co ., New York , vol . 2, p . 478.) Поскольку вирусы существуют со времен докембрия, постоянно ищущих новых клеточных хозяев для заражения, неудивительно, что они могут прыгать от одного вида к другому (как в случае ВИЧ, птичьего гриппа, свиного гриппа, SARS итд). Когда они совершают успешный прыжок - своего рода бесстрашная эксплуатация новой экологической ниши - они продолжают модифицировать геном видов, которые они заражают. В этом отношении они не являются передатчиками генов, о которых мы думаем как об «адаптивных». Другими словами, не всегда это «более подходящий» геном, который передается следующему поколению. Это также те, которые участвуют в благотворительном союзе симбиотиков. «Приспособленность», способность найти пару и оставить много потомков, играет меньшую роль, а удача и способность сосуществовать с другими живыми существами играют большую роль в этом взгляде на эволюцию.

Это означает, что традиционное дарвиновское понимание эволюции - как отдельных индивидов, запертых в порочной «борьбе за существование» в их адаптивном стремлении удовлетворить требования своей среды - недостаточно. Человек одновременно справляется с обстоятельствами своего собственного существования - гены, которые он унаследовал от родителей, бактериальную нагрузку, которую он несёт на себе и внутри его пищеварительных, пищевых, репродуктивных и выделительных каналов, и вирусную нагрузку, которая живёт и действует внутри его ячеек. Все эти факторы вместе предлагают переменные, помимо переменных внешней среды, которые влияют на здоровье и благосостояние каждого человека в популяции. Абиотическая среда, пожалуй, является наименее важной из них. Симбиотическая среда может быть самой важной.

Кроме того, естественный отбор действует не просто по отношению к наследуемой ДНК собственных гамет особи, а скорее по более инклюзивному набору генов из множества организмов: «хозяин», бактериальная флора в кишечнике и вирусы, вставленные в геном хозяина. Эта трехсторонняя коллекция известна как голобионт, и поскольку каждая компонента зависит от других, эволюция протекает только по отношению ко всему голобионическому организму. Все эукариотические организмы функционируют в этом интерактивном и симбиотическом смысле, а это означает, что адаптация по существу является кооперативным, а не эгоистичным предприятием.

Ричард Докинс популяризировал идею «эгоистичного» гена, расширив работу эволюционистского теоретика Уильяма Гамильтона, как способ представить, как развиваются альтруистические индивиды. Индивиды приходят и уходят. Их можно рассматривать как простые сосуды, несущие реальный материал эволюции, гены, передаваемые потомству. Мировоззрение Докинса видит генетические инструкции, которые мы несём в качестве директив, чтобы делать вещи, которые находятся в интересах генов. Иногда альтруистическое поведение не отвечает интересам индивида, отображающего его. Подумайте о том, чтобы бежать в горящий дом, чтобы спасти ваших троих детей. Этот акт, который почти любой родитель сделал бы в любой момент, может привести к ранней смерти для спасателя, но если он спасёт детей, это того стоит. С точки зрения эгоистичного гена, даже если спаситель погиб в акте, до тех пор, пока дети выжили, будут жить три копии 50 процентов генов спасателя. В любой группе близких людей самопожертвование может фактически способствовать успеху большого числа родственников, которые также разделяют гены альтруиста. Следовательно, ген получает выгоду эгоистично, чтобы убедиться, что его копия преумножается, независимо от состояния здоровья и благополучия человека, несущего его.

Хотя он часто используется для понимания альтруизма - и по-прежнему очень спорен в этом отношении - концепция «эгоистичного гена» не позволяет объяснить симбиотические тенденции большинства жизненных форм. Хотя мы можем видеть, что вирусы, а также бактерии могут иметь начальные стадии «изъятия чумы» (высокая смертность на ранних этапах контакта с новыми хозяевами), вскоре после этого происходит коэволюция микроба и его хозяина. Вместо репликаторов, действующих эгоистично, кажется, что существует более сильная тенденция к развитию организмов вместе (77. Ryan, Frank (2009), Virolution, Collins, London.)

Вся эта информация приводит нас к одной мысли: люди - это не просто сумма их ДНК и их собственный адаптивный «дизайн». Вместо этого каждый из нас представляет собой гомобионтическое соединение генетического материала от предков млекопитающих, бактериальных «машин» и вирусных инфекций. Все эти генетические компоненты работают сообща, чтобы сделать нас такими, какие мы есть. В каком-то смысле союз, который мы формируем, представляет собой смешение организмов, объединённых случайностью. Но очень важно понять, что голобионт подвергается естественному отбору и что различные генетические системы были тщательно отрегулированы в течение эволюции.

Возможно, лучшей иллюстрацией этого является место, где мы начали эту главу, эндогенные ретровирусы и их родственники, составляющие почти половину человеческого генома. Если бы этот генетический материал был просто «багажом» или «мусорной» ДНК, мы могли бы сравнить его с вирусной нагрузкой на ПК, но эта аналогия не звучит. Каждый, кто использует ПК с Windows, вспоминает не так давно, прежде чем программное обеспечение для блокировки вирусов стало стандартным оборудованием на новых компьютерах, что каждый раз, когда компьютер вступил в контакт с Интернетом, он стал объектом небольших неизбирательных программ, которые портили процесс загрузки или запуск любимой программы. Эти «компьютерные вирусы» метко названы, потому что они вставляются в информационный поток программы и нарушают нормальное функционирование. Компьютерные вирусы никогда не приводили к каким-либо эволюционным новшествам в работе компьютерных программ, и это связано с тем, что они не участвуют в создании новых компьютерных программ. Они выпускаются недобросовестными хакерами только после запуска новых программ, поскольку новое поколение продуктов выходит на рынок. В этом отношении компьютерные вирусы - достойная аналогия - в том смысле, что они вставляют себя и кооптируют аппаратное обеспечение машины, мешая программному обеспечению хозяина, но поскольку у них нет способа получить доступ к новым поколениям, они не могут считаться симбиотическими.

У нас есть симбиотические отношения с вирусами; мы не можем жить без них, даже если бы хотели. Это трудное сообщение для общественности, но это простая истина, и это объясняет, как наш геном стал пронизан таким количеством вирусов или вирусных компонентов (78. Они могут нанести ужасный урон, когда обнаруживают новый вид хозяина - например, оспу, когда он достиг ранее неинфицированного населения коренных американцев, уничтожив до 50 процентов заражённых. Тот же процент относится к первому контакту коренных американцев и чумы (см. Hunt, George T. [1960], « Войны ирокезов , Univ. Of Wisconsin Press», стр . 40). Для тех, кто не был убит оспой или чумой, всё ещё были серьёзные и повреждающие травмы, которые сохранялись на всю оставшуюся жизнь из-за инфекции. Но поскольку вирусы, такие как бактериальные инфекции, не убивают всю популяцию, они либо сохраняются на низком уровне (как это делает оспа в настоящее время), вымирают, либо гибридизуются с геном хозяина (как это сделали эндогенные ретровирусы). Если вирусы преуспеют в последнем, они могут участвовать в эволюции вида.) Наши отношения с вирусами сложны; недавнее открытие показывает, что некоторые ферменты, обнаруженные изначально в вирусах, но не обладающих бактериями, активно участвуют в определении пути развития человека и даже всех эмбрионов животных (79. Было показано, что недифференцированные и высоко пролиферативные клеточные линии, как видно на ранних эмбрионах, показывают высокие уровни фермента обратной транскриптазы (RT). Терминальные состояния клеток, как видно на поздних стадиях дифференцировки, например, у взрослых соматических тканей, демонстрируют низкие уровни RT. См. Spadafora, Corrado (2008). Механизм, зависящий от обратной транскрипции, играет центральную роль в фундаментальных биологических процессах, системная биология в репродуктивной медицине 54, вып. 1, 11.) Без этого фермента (обратная транскриптаза) эмбрионы не развиваются за пределы первых нескольких этапов жизни. Интересно отметить, что также была обнаружена обратная транскриптаза в раковых опухолях. Действительно, это открытие помогло указать путь к важной функции для большой части человеческого генома, функция которого ранее была неизвестна. Где-то в этой массе генетической информации, полученной от наших вирусных симбионтов, лежат переключатели и сигналы, которые контролируют время деления клеток, и определяют форму и функцию развития клеток.

Неудивительно, что обратная транскриптаза наиболее активна в эмбрионах и опухолях. Они состоят из клеток, которые реплицируются пролиферически, на недифференцированных стадиях их жизненного цикла. Химическая тенденция вирусов всегда была быстрой и плодовитой репликацией, вплоть до того времени, когда жизнь была проще, до появления эукариотических клеток, глубоко в докембрийском прошлом. Почти чудесное образование эмбриона и гротескная и бесформенная масса ткани, называемая опухолью, - это две стороны одной и той же монеты. В обоих случаях обратная транскриптаза работает, бесстрастно направляя пролиферацию эукариотических клеток на один или другой конец (80. При некоторых раковых заболеваниях, вызванных ретровирусами, такими как некоторые лейкозы, антиретропрепараты с транскриптазой доказали свою перспективу. В других испытаниях ВИЧ, также вызванный ретровирусом, был нарушен применением анти-RT-препаратов.)

Вирусные геномы, которые существуют внутри нас, начинали как заражающие агенты и давно убивают тех индивидов, которые были наиболее восприимчивы к их патологическим последствиям. После эндогенизации они накапливаются в ядерной ДНК наших предков. Мы разделяем важную традицию со всеми видами растений и животных: Вирусы походили на фрилансирующих соседей внутри нас, путешествуя автостопом и частично направляя поездку через эволюционное время.

6

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: