Зачем Земле нужны вирусы

Зачем Земле нужны вирусы

Киев. 18 мая — SOWOR Новости. Роль вирусов в природе не сводится только к тому, чтобы вызывать болезни. Как они влияют на биоразнообразие планеты, какой вклад внесли в эволюцию человека и можно ли искоренить SARS-CoV-2, рассказали биолог из Института Пастера Патрик Фортерре и исследователь Французского национального центра секвенирования Морган Гая

Во времена, когда главы государств по всему миру идут войной против нового коронавируса SARS-CoV-2, защищать его – все равно, что плыть против течения. Однако понимание вирусов может стать ключом к разгадке пандемии COVID-19, оно может помочь остановить ее и, возможно, избежать будущих эпидемий.

Наука только начала открывать важную роль, которую вирусы вносят в биоразнообразие, эволюцию видов, начиная с нашего, и даже в регуляцию климата. Такой недостаток знаний о них тесно связан с историей медицинских исследований.

Современное определение вирусов, как агентов, вызывающих инфекционные заболевания, начало формироваться в XIX веке, поскольку многие исследования сосредотачивались именно на их патогенных свойствах. И только в конце XX века ученые начали присматриваться к тому, какую еще роль они могут играть для жизни на Земле.

Сегодня мы согласны с тем, что существуют «хорошие» бактерии, которыми мы даже можем дополнять свой рацион, но только сейчас ученые начинают раскрывать влияние вирусов на многие процессы.

Знать в лицо

По мере развития технологий и совершения новых научных открытий, эволюционирует и определение вирусов. Традиционно, их описывают, как молекулу генетической информации, покрытую внешней оболочкой, капсидом. Некоторые вирусы, такие как SARS-CoV-2, также обладают липидным (жировым) покровом, окружающим их капсид, что объясняет их чувствительность к мылу, которое растворяет жиры.

На нашей планете существует больше вирусных частиц, чем звезд в обозримой части Вселенной

Вирусы могут размножаться, только заражая клетку-хозяина, которую они перепрограммируют под собственные нужды. Такой недостаток автономии нередко оказывается в центре продолжающихся дебатов о том, можно ли считать их живыми или нет.

Долгое время считалось, что они насчитывают менее 0,2 микрометров в размере, но открытие гигантских вирусов в 2003 году подкосило это убеждение.

На Земле они есть почти везде, они куда более многочисленны, чем бактерии. Предполагается, что на нашей планете присутствует 10 в 31 степени вирусных частиц. Для сравнения, количество звезд в обозримой части Вселенной в 100 млн раз меньше.

Инфицировать вирусы могут только другие вирусы. В 2008 году ученые открыли вирофагов. Это группа вирусов, представители которой могут размножаться только в клетках, уже зараженных своими «собратьями», которым они при этом мешают реплицироваться.

Враг моего врага

Конечно, некоторые вирусы, равно как и бактерии, могут вызывать заболевания у людей, что наглядно демонстрирует нынешняя ситуация в мире. Однако они также могут поражать патогенные бактерии. Эту особенность можно использовать, чтобы лечить заболевания бактериального происхождения. Такой метод называется фаготерапией. Сегодня, когда повышается устойчивость бактерий к антибиотикам, он представляет особый интерес.

И все же вклад, вирусов в биоразнообразие по большей части неизвестен, несмотря на их многочисленность. Только сейчас научное сообщество начало осознавать масштаб своей неосведомленности в данной сфере.

Взять, к примеру, микроводоросль Emiliania huxleyi. Она способна хранить углекислый газ, извлекаемый из воздуха, формируя в процессе кальциевую оболочку и может эпизодически плодиться в больших количествах. Цветение регулируется вирусом, убивающим водоросли. В процессе высвобождается кальцит, из-за чего участки воды площадью в тысячи квадратных километров могут приобретать белый оттенок. Это явление видно даже из космоса.

Цветение Emiliania huxleyi в Баренцевом море – NASA

Постепенно кальцит, содержащий СО2, оседает на дне. Ученые пытались повторить этот феномен, убивая водоросли искусственным путем, но выяснили, что без «помощи» вируса, это не так эффективно. Их способность сохранять углекислый газ сокращается, и большая его часть просто возвращается в атмосферу.

Вирусы не только были хищниками, но, похоже, внесли существенный вклад в развитие многих видов, в том числе и нашего. Эволюция млекопитающих стала возможной благодаря синцитину, белку, встроенному в наш генетический код и происходящему от древнего ретровируса. Он помогает обойти нашу иммунную систему, не позволяя материнскому организму отвергнуть плод. Так что вирусы сыграли свою роль в том, что мы сегодня не откладываем яйца.

Еще один белок ретровирусного происхождения, вероятно, сыграл ключевую роль в формировании нервной системы позвоночных.

Роль вирусов в эволюции живых существ может стать даже больше, поскольку существуют теории, что они могут стоять за возникновением ДНК.

Кто захватчик?

Итак, если мы уживались с вирусами с незапамятных времен, вплоть до того, что некоторые из них вплелись в наш генетический код, как же объяснить возникновение эпидемии, которая штурмом взяла медицинские системы по всему миру и заставила трещать сильнейшие экономики?

Стремительное распространение нового коронавируса, его эффективность и опасность настолько удивительны, что стали благодатной почвой для возникновения теорий заговора. Но для науки микробиологическое разнообразие достаточно широко, чтобы объяснить возникновение такого вируса.

Давайте проведем простую параллель с гипотетическим вторжением нового вида опасных хищных кошек в центр города, а не станем представлять хитроумный зоопарк, где практикуются генетические манипуляции. Самым вероятным объяснением такого визита стало бы то, что некие изменения подтолкнули невиданных ранее хищников покинуть привычную среду обитания, где они питались и развивались, и отправиться в город. С вирусами получается примерно такая же история.

У всех вирусов есть определенные особенности взаимосвязи с клетками, что привязывает их к одному или нескольким видам. Но когда окружающая средам меняется, вирус может эволюционировать и приспосабливаться к новым видам.

Учитывая сокращение природных ареалов, связанное с урбанизацией, вырубкой лесов и другими подобными процессами, неудивительно, что некоторые вирусы в итоге адаптировались, чтобы поражать людей.

Судя по всему, несколько раз такое уже случалось. Например, во время вспышек атипичной пневмонии (вызвана SARS-CoV) и ближневосточного респираторного синдрома (вызван MERS-CoV), и теперь при нынешней пандемии COVID-19 происходит снова. Определенные виды летучих мышей, вероятно, выступили в роли резервуарных животных, к которым новый коронавирус был приспособлен от природы, а к человеку он перешел от панголинов.

Иллюстрация возможных маршрутов передачи коронавирусов SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 – Firas A Rabi, Mazhar S Al Zoubi et al/MDPI.com

Можно ли искоренить коронавирус?

Технически, можно представить искоренение SARS-CoV-2, поражающего человека, но это только один вид коронавирусов. В целом это кажется маловероятным. COVID-19 можно удержать, вылечить и даже победить, но в масштабе 7-миллиардного населения планеты и многочисленных видов животных, в которых живут коронавирусы, лучше полагаться на системы здравоохранения и подготовку общества к борьбе с пандемиями.