Полезные вирусы
Задумывались ли вы о том, что вирусы могут быть полезными? Принято считать, что они приносят нам одни неприятности. Но в действительности большинство вирусов не представляют опасности, а многие из них даже полезны. Вирусы можно встретить где угодно: в воздухе, у растений и животных, на поверхности нашей кожи и даже внутри нас. Вирусы — часть нашего генома! Они помогли нам стать теми, кто мы есть.
Вначале была курица
Вирусы являются частью генетического кода огромного количества живых существ. А выяснить это человеку помогли куры.
В 1960-х по куриным фермам быстро распространялся птичий вирус лейкоза (ПВЛ), который вызывал рак и угрожал всему птицеводству. Выдающийся британский вирусолог Робин Уайсс, в то время работавший в Университете Вашингтона (США), решил проверить, а не мог ли вирус быть частью ДНК курицы, но при этом не приносить никакого вреда в обычных условиях.
Уайсс с коллегами воздействовали на клетки здоровых кур с помощью радиоактивного излучения и химикатов, чтобы вызвать мутацию и выяснить, можно ли таким образом вытащить вирус из его укрытия. Как и рассчитывали ученые, мутировавшие клетки стали воспроизводить ВПЛ. Иными словами, вирус не просто был заключен в некоторых клетках совершенно здоровых кур — генетическая инструкция по его воспроизводству была встроена в каждую клетку их организмов и передавалась от поколения к поколению.
Этот вирус получил название эндогенный ретровирус (эндогенный — значит воспроизводимый внутри организма). Позже исследователям удалось обнаружить такие вирусы в геномах многих других животных. Как выяснилось, вирусы населяют геном практически всех групп позвоночных — от рыб и рептилий до млекопитающих.
Вирус — двигатель эволюции
Исследования показывают, что вирусы стимулируют эволюционные изменения в организме, формируют глобальные экосистемы и влияют на каждую область жизни. В дикой природе вирусы — основной агент межвидового обмена генами, одного из важных двигателей эволюции.
В ходе изучения вирусов ученые выдвинули вирусологическую теорию эволюции, в соответствии с которой главным фактором наследственной изменчивости является вирусная инфекция, изменяющая наследственность зараженного организма. Вирус способен переносить значительное число генетического материала и вызывать резкое, скачкообразное изменение сразу многих признаков того или иного вида. На сегодняшний день достоверно подтверждено наличие у вирусов мигрирующих генов, которые могут самовоспроизводиться в геноме и являются вездесущими компонентами ДНК.
Коронавирусы сделали из обезьяны человека?
Птичий грипп, ближневосточная лихорадка, лихорадка Зика — все эти эпидемии вызываются коронавирусами, которые садятся на протеиновые молекулы клеточной оболочки. Ученые Стэнфордского университета выяснили, что треть изменений (замен аминокислот) этой оболочки, случившихся за время разделения эволюционных путей человека и шимпанзе, связана с защитой от коронавирусов.
Проще говоря, наши общие с шимпанзе предки стали, в числе прочего, вырабатывать разные механизмы борьбы с коронавирусами. В итоге одна эволюционная линия привела к появлению шимпанзе, а другая — к возникновению человека.
Использование вирусов в сельском хозяйстве
Вы удивитесь, но многие сорта цветов, обладающих пестрой окраской, были получены с помощью вирусов. Оказывается, эта особенность — результат вирусной инфекции, передающейся из поколения в поколение. Развитие пестрых лепестков у тюльпанов вызвано вирусом, который переносит тля.
Также в ходе исследований было установлено, что джут дает более обильный урожай, будучи пораженным вирусным заболеванием — некротической мозаикой риса.
Вирусы, паразитирующие на насекомых, в сельском хозяйстве успешно используют в борьбе против вредителей. Для этого готовят водную суспензию вируса с примесью клейкого вещества и разбрызгивают ее на поврежденные насаждения. Вирусные частицы прилипают к растениям. Вредители, поедая зараженные вирусом растения, быстро погибают.
Бактериофаг — друг человека
В первые десятилетия XX века бактериальные инфекции лечили с помощью вирусов бактерий (бактериофагов, или просто фагов). К сегодняшнему дню фаги по большей части вытеснены антибиотиками, но в свое время они помогли спасти множество жизней.
Первооткрывателем бактериофагов был французский и канадский микробиолог Феликс Д'Эрелль (1873-1949). После Первой мировой войны он изучал бактерии, вызывающие дизентерию, и обнаружил инфекционный агент, вызвавший их растворение, то есть лизис. Д'Эрэллю удалось настроить размножение агента: бактерии, зараженные им, погибали, а количество самого агента росло. Ученый предложил для него название «бактериофаг» — пожиратель бактерий.
Предложение использовать бактериофаги для лечения бактериальных инфекций также было выдвинуто Д'Эрэллем. Первые пациенты успешно прошли лечение фагами в 1919 году. В то время антибиотики еще не были открыты (во всяком случае, не были изучены и не имели широкого применения в официальной медицине), так что любое лекарство от бактерий имело огромное значение. С этого времени начался настоящий бум фаговой терапии.
Вирусы-диагносты
Сегодня бактериофаги широко используются в ветеринарии и для защиты растений, но основной сферой их применения является диагностика заболеваний. Подобный метод обязан своим существованием одному крайне важному свойству фагов — каждый их вид избирательно разрушает только «свои» бактерии.
Взятые из организма пациента бактерии выращивают в питательной среде, а после этого колонии заражают различными бактериофагами (тифозными, дизентерийными, холерными и т. п.). Спустя сутки контейнеры с колониями просматривают на свету и выясняют, какой фаг вызвал уничтожение бактерий. Если это сделали дизентерийные фаги, значит, из организма больного выделили бактерии дизентерии, если брюшнотифозный — бактерии брюшного тифа и т. д. Метод диагностики заболеваний с помощью бактериофагов отличается высокой точностью.
Вирус против вирусов
К полезным вирусам также можно отнести любую живую вакцину против вирусного заболевания, например, от кори или полиомиелита. Основу такой вакцины составляет вирус, утративший болезнетворность, но сохранивший антигенные свойства и способный к размножению.
Некоторые из вирусов, воздействию которых мы подвергаемся, защищают нас от заражения опасными патогенами. К примеру, латентные (скрытые) вирусы герпеса могут помочь естественным клеткам-киллерам человека (особому типу лимфоцитов, участвующему в функционировании врожденного иммунитета) распознавать раковые клетки и клетки, инфицированные другими патогенами.
В наши дни ученые научились преобразовывать бактериофаги. Отдельные штаммы фагов тестируются против вредоносных бактерий. Благодаря генно-модифицированным фагам в будущем должны появиться препараты для лечения разнообразных бактериальных заболеваний. Их можно будет наносить непосредственно на раны или принимать внутрь. В биоинженерии конструкции на основе вирусов приспособили для того, чтобы доставлять в клетки нужные гены.
Кроме этого, вирусные инфекции в юном возрасте жизненно необходимы для правильного развития и функционирования иммунной системы человека. Иммунная система постоянно стимулируется небольшими количествами вирусов извне, что повышает устойчивость организма к другим инфекциям.