ВІРУСИ — НАШІ ТАЄМНИЧІ СУСЕДИ
Віруси залишаються для вчених terra incognita
Найосновніше питання, на яке біологи не можуть знайти відповідь: чи можна вважати віруси живими? Чіткого визначення життя в біології не існує — є лише набір ознак, яким повинні задовольняти живі організми (до них відносять, у тому числі, здатність до обміну речовин, зростання, відповіді на різні подразники, розмноження, а також вміння пристосовуватися до умов навколишнього середовища, що змінюються) ). Віруси більш-менш їм задовольняють (хоча в строгому сенсі вони, наприклад, не ростуть, як належить «правильним» живим системам), проте визнати їх повноцінно живими вчені однозначно не можуть.
Прості паразити
Що ж є ці дивні віруси, які досі ставлять у глухий кут дослідників? Найпростіші віруси складаються з геному, укладеного у захисну білкову оболонку. Складніші додатково обзаводяться ліпідами та цукроми, які забезпечують їм великий захист або допомагають легше проникати всередину своєї майбутньої жертви.
За розміром дрібні віруси лише трохи перевершують великі молекули – діаметр найдрібніших вірусних частинок становить близько 30 нанометрів (нанометр – це мільярдна частина метра). Найбільші віруси, як нещодавно з'ясувалося, можуть бути значно більшими і досягати в діаметрі 500 нанометрів і більше. Для порівняння, розміри бактеріальних клітин починаються саме з 500 нанометрів, а еукаріотичних (яких мають ядро) – з 10 тисяч нанометрів.
Не дивно, що такі дрібні створіння (хоча вживати цей термін щодо вірусів не зовсім коректно) не можуть вмістити в себе всі гени, необхідні підтримки самостійного існування. Найпростіші віруси несуть у своїх геномах лише кілька генів,які можна перерахувати на пальцях однієї руки і яких, очевидно, ніяк не вистачить для того, щоб регулювати подвоєння геному, синтез вірусних білків та складання з них капсиду (так називається зовнішня оболонка вірусної частки). Тому всі віруси є паразитами - вони можуть розмножуватися тільки в клітинах більш сучасних організмів.
Віруси паразитують у клітинах представників усіх відомих вченим груп живих істот — бактерій, тварин, рослин та навіть, як з'ясувалося два роки тому, на інших вірусах. Вірусна частка проникає в обрану для зараження клітину і починає «роздягатися» — звільняти свій геном від білків, що його закривають (хоча деякі віруси, наприклад, бактеріофаги, що паразитують на бактеріях, відразу «впорскують» у клітину тільки нуклеїнові кислоти).
Як тільки ДНК чи РНК вірусу входить у «робочий стан», вона змінює роботу геному клітини-господаря, змушуючи її синтезувати не ті білки, які потрібні самій клітині, а білки, необхідні для розмноження вірусу та створення нових вірусних частинок. Енергію для синтезу чужорідних клітин білків, вірус, зрозуміло, теж запозичує у клітини. Зрештою, жертва зараження виявляється «під зав'язку» набита новими вірусними частинками і легко розривається під їхнім натиском. Паразити виходять назовні і починають шукати собі нових жертв.
Вище описаний лише загальний сценарій дій вірусу. Насправді різні представники цієї групи можуть діяти не так агресивно, розмножуватися тільки при розмноженні самої клітини або виходити з неї поступово. Але незалежно від деталей загальна стратегія всіх вірусів єдина: проникнути у клітину, яка надасть вірусу ресурс для синтезу нових вірусних частинок, і розмножитися її рахунок.
Непрохані супутники
Деякі віруси надходять хитріші за інших: після зараження їх нуклеїнові кислоти вбудовуються в геном клітини, стаючи його повноправною частиною. Записавши свою генетичну інформацію в ДНК клітини, вірус гарантовано залишає за собою можливість розмножитися навіть якщо йому це не вдається відразу після проникнення в клітину. При розподілі клітина передає інформацію про паразит своїм нащадкам, отже вірус розмножується навіть у тому випадку, якщо сам не прикладає до цього жодних зусиль. Більше того, такий вбудований вірус (їх називають провірусами) вміє чекати на найбільш сприятливий момент для розмноження і залишається неактивним доти, доки такий момент не настав. Найвідоміші віруси, які використовують такий хитрий прийом, – це ретровіруси, до яких належить, наприклад, ВІЛ – вірус імунодефіциту людини. Багатоклітинні організми можуть передавати вбудований ретровірус своїм нащадкам тільки в тому випадку, якщо зараженими виявляться статеві клітини, наприклад, яйцеклітина. Таке "вузькоспеціальне" зараження відбувається дуже рідко, але за мільйони років еволюції тисячі заражених організмів не раз отримували свій унікальний "шанс".
Іноді провіруси чекають сприятливого моменту занадто довго, і в їхній послідовності, яка стала частиною послідовності ДНК клітини, накопичуються мутації. Деякі з них «вимикають» механізм активації провірусів, і вони так назавжди залишаються марним вантажем, що збільшує кількість «сміттєвої» ДНК. Втім, іноді клітина пристосовує гени невдалого паразита собі на користь. Наприклад, у розвитку плаценти у ссавців бере участь ген, що кодує синцитин білок. Цей білок колись був білком оболонки ретровіруса HERV-W.
Але нерідко такі заблукалі фрагменти вірусної ДНК порушують нормальну роботу.клітинного геному, що призводить до розвитку різних патологій. Причина патологій - нерозбірливість вірусів: вони можуть вбудуватися практично в будь-яку ділянку господарської ДНК, наприклад, у середину гена, що працює. Вчені підозрюють, що ретровіруси-"невдахи" мають відношення до так званих багатофакторних захворювань, тобто захворювань, на розвиток яких впливають кілька причин (до багатофакторних хвороб належать, наприклад, розсіяний склероз, шизофренія, деякі аутоімунні захворювання, а також рак).
Іноді відбувається зворотний процес, і вірус залишає в геномі клітини-господаря свою «спадщину», а клітина віддає вірусу частину своєї ДНК (точніше, вірус сам випадково прихоплює її). Деякі віруси вміють не тільки вбудовуватися в ДНК, але й вирізатись з неї, і роблять це не завжди акуратно. Така неакуратність і спричиняє появу чужорідних вставок у вірусній ДНК.
Нещодавно вчені виявили, що в геномах хребетних тварин, у тому числі людини, присутні останки не тільки ретровірусів, але також вірусів, у життєвому циклі яких відсутня обов'язкова стадія «вписування» себе в ДНК клітини. Тим не менш, за мільйони років еволюції послідовність навіть таких вірусів могла бути вбудована в геном клітини в результаті випадкових процесів (коли фрагменти ДНК і ферменти, здатні їх копіювати, знаходяться у безпосередній близькості, таке цілком можливо). Серед інших дослідники виявили в геномах хребетних фрагменти ДНК вірусів, що спричиняють такі смертельно небезпечні захворювання, як лихоманка Ебола та лихоманка Марбурга.
Ще одним дивним відкриттям у вірусології останніх років стало виявлення вірусів-гігантів, настільки величезних, що спочатку вчені прийняли їх за бактерії. Перший мімівірус - такдослідники назвали придуманий спеціально для велетнів рід, був виділений з клітин амеби Acanthamoeba polyphaga у 1992 році, але упізнаний як вірус він був лише через 11 років. Пізніше вчені виявили ще більший вірус та віднесли його до роду мамавірусів.
Мімівірусна частка. Оскільки відкритий вченими вірус за розміром перевершує єдиного представника роду мімвірусів, йому створили рід мамавірусів. Фото із сайту microbiologybytes.com
Мамавірус стали першими вірусами, у яких знайшлися власні паразити. Крихітний вірус Sputnik, у геномі якого міститься всього 21 білоккодуюча послідовність, заражає ті ж клітини амеб, що й мамавірус, але перебудовує під свої потреби не геном амеби, а геном мамавірусу. Таким чином, Sputnik заважає нормальному розмноженню свого гігантського родича і є цілком повноправним і навіть «подвійним» паразитом.
Різноманітність і незвичайні властивості вірусів - а особливо їх здатність вбудовуватися в ДНК і вирізатись з неї - надихнули деяких учених на створення гіпотези про вірусне походження життя (якщо ми вважаємо віруси неживими). Як доказів такої гіпотези її прихильники вказують на існування подібних генів у еволюційно дуже далеких один від одного груп організмів. Ті, хто не виключають участі вірусів у творі життя, вважають, що на зорі еволюції могли існувати якісь невідомі «експериментальні» життєві форми, які обмінювалися вдалими генами за допомогою вірусів. У результаті цих постійно змінюваних гібридів утворилися клітини бактерій, еукаріотів і архей, які у основі еволюційного древа життя у його сучасному уявленні.