Экзотические вирусы
Вирусы постоянно бросают вызов нашему пониманию живого. Они не имеют собственного обмена веществ и не способны размножаться без клетки-хозяина, поэтому вопрос о том, считать ли вирусы живыми организмами, зависит от используемого определения жизни. Оценивать их как «менее» или «более» развитые, чем человек, научно некорректно: это совершенно иная форма биологической организации. С каждым открытием о вирусах мы понимаем, что есть еще очень много такого, что предстоит узнать. В этой главе речь пойдет о необычных, экзотических и редких вирусах.
«В живой клетке он [вирус] ведет себя как живое существо, а вне клетки мертв как камень. Из чего очевидно, что нельзя провести четкой границы между живым и мертвым» (У. Стэнли)
Я не соня, я — болею
Летаргический энцефалит Экономо — одна из самых загадочных болезней, крупная эпидемия которой пришлась на 1910–1920-е годы. Сегодня описывают лишь редкие случаи с похожей клинической картиной, причем неясно, являются ли они той же самой болезнью. Самое важное уточнение: причина эпидемического летаргического энцефалита до сих пор неизвестна. В разное время обсуждались вирусная, бактериальная, токсическая и аутоиммунная гипотезы, но убедительного доказательства конкретного вируса и определенного пути передачи получить не удалось.
Константин фон Экономо (18761931) — австрийский невролог греческого происхождения, впервые описавший летаргический энцефалит. Являлся одним из первых летчиков в Австрии. Во время Первой мировой войны служил пилотом, а затем военным врачом. С 1920 года и до конца жизни — профессор кафедры невропатологии и психиатрии медицинского факультета Венского университета
Летаргический энцефалит был впервые подробно описан Константином фон Экономо в Вене в 1917 году. Эпидемия, начавшаяся примерно в 1916–1917 годах, распространилась по многим странам мира и постепенно сошла на нет к концу 1920-х — началу 1930-х годов. Точное число заболевших неизвестно; в современных исторических обзорах встречается оценка более миллиона случаев. У части выживших сохранялись тяжелые неврологические последствия, в том числе постэнцефалитический паркинсонизм.
Заболевание может протекать в острой и хронической форме. Летаргический энцефалит начинается с острой формы, и в первые дни его легко принять за грипп или другие ОРВИ. К типичнейшим признакам болезни относятся расстройства сна и глазодвигательные нарушения. У больных отмечается повышенная сонливость, в течение дня они спят непрерывно или многократно засыпают. Их можно разбудить, войти в словесный контакт, покормить, но в покое они вновь быстро засыпают. Подобное состояние может продолжаться несколько месяцев.
Реже наблюдается изменение ритма сна: сонливость днем и бессонница ночью. Сонливость может сопровождаться гиперкинезами — непроизвольными движениями, внезапно возникающими в одной мышце или целой группе мышц, например, продолжительной икотой. Хроническая стадия может приводить к снижению интеллектуальных функций, развитию паркинсонизма. Несмотря на то, что случаи заболевания редки, оно нуждается в дальнейшем детальном изучении.
Вирусемногокомпонентен, но ученый компетентен
Вы точно не страдаете летаргическим энцефалитом, если без ошибок произнесли эту скороговорку, и значит, пора познакомиться с другой группой необычных вирусов.
Летаргический энцефалит Экономо — крайне редкое, но давно описанное заболевание. Больные постоянно испытывают сонливость
Многокомпонентные вирусные геномы давно известны у растений и грибов, а необычные варианты такой организации обнаруживаются и у вирусов, связанных с членистоногими. Один из примеров — Guaico Culex virus из группы jingmenvirus, найденный у комаров в Центральной и Южной Америке. Его геном представлен несколькими РНК-сегментами, которые могут находиться в разных вирусных частицах.
В отличие от привычной схемы, при которой полный геном упакован в одну частицу, у таких вирусов разные сегменты могут распределяться между несколькими частицами. Первоначально Guaico Culex virus описывали как систему из пяти сегментов, однако эксперименты показали, что самый маленький, пятый сегмент не обязателен для репликации во всех условиях. Поэтому формула «клетка обязательно должна получить по частице каждого из пяти типов» оказалась слишком простой. Подобные находки важны прежде всего для понимания разнообразия вирусов и их эволюции.
Семейства гигантов в мире малюток
В конце XX — начале XXI века вирусологи открыли целый мир гигантских вирусов, и число известных их групп с тех пор значительно выросло. В 2003 году был подробно описан мимивирус — вирус амеб с частицами размером в сотни нанометров. Позже открыли мегавирусы, пандоравирусы и другие гигантские вирусы. Жан-Мишель Клавери и его коллеги, например, описали Pandoravirus salinus из Чили и Pandoravirus dulcis из Австралии; оба размножаются в амебах.
В 2013–2014 годах были описаны пандоравирусы и сибирский питовирус Pithovirus sibericum, выделенный из образца вечной мерзлоты возрастом около 30 тысяч лет с помощью культуры амеб. Его вытянутые вирусные частицы действительно гигантские: современные обзоры указывают длину до примерно 2 мкм. Однако называть его «абсолютным рекордсменом навсегда» уже нельзя — открытия новых гигантских вирусов продолжаются, а рекорды зависят от того, сравнивают ли размер частицы, генома или другие характеристики.
Форма пандоравируса несколько напоминает сосуд, отсюда и название, отсылающее нас к греческой мифологии
Форма недавно открытых вирусов, похожая на греческие кувшины, напомнила ученым миф о ящике Пандоры, в честь которой и назвали пандоравирусы. Их можно разглядеть через обычный оптический микроскоп. Техника исследований на сегодняшний день не представляет угрозы для людей или животных, но вполне возможно, что глубоко под землей скрываются вирусы, которые могут стать опасными. Однако до сих пор ученым пока не удалось обнаружить ни одного гигантского вируса, который мог бы представлять угрозу для человека. Изучение гигантских вирусов обещает перевернуть представления биологов о происхождении вирусов.
Вирус воришка генов
Многие вирусы быстро эволюционируют благодаря большим размерам популяций, коротким циклам репликации, мутациям, рекомбинации или обмену генетическим материалом. Скорость и механизмы эволюции при этом очень различаются у разных групп вирусов, поэтому говорить об адаптации «практически к любым условиям» было бы чрезмерным обобщением.
Фаг WO, инфицирующий бактерии Wolbachia, действительно оказался необычным примером обмена генетическим материалом. Сара и Сет Борденштейн обнаружили в его геноме крупный модуль с доменами, похожими на белковые домены эукариот, включая C-концевой домен латротоксина черной вдовы. Но из этого не следует, что фаг содержит полноценный «ген паучьего яда» и доказанно убивает клетку насекомого, протыкая ее мембрану. Авторы исследования рассматривают такие домены как кандидатов на участие во взаимодействии фага с эукариотической средой, а механизм их работы еще требует изучения.
Распространенность полового каннибализма, при котором самка съедает самца после спаривания, повлияла на общее название вида «черная вдова». Его принято считать одним из самых ядовитых. Яд самки паука сильнее яда гремучей змеи. Однако для людей опасен лишь укус особи женского пола. Укусы самцов и пауч-ков-подростков безвредны
Изворотливый моряк
Морская вода содержит огромное количество вирусных частиц, и значительная их часть — вирусы бактерий и архей. В 2018 году исследователи описали необычную группу морских вирусов бактерий семейства Vibrionaceae, которую назвали Autolykiviridae — в честь хитроумного Автолика из древнегреческой мифологии.
Автоликивирисы действительно долго ускользали от стандартных методов выделения. В лабораторной сети взаимодействий с морскими Vibrio они отличались очень широким кругом хозяев: один вирус в среднем поражал десятки исследованных штаммов, тогда как хвостатые фаги обычно были гораздо избирательнее. Но из этого нельзя заключать, что они «поражают 40% всех бактерий планеты». Исследование показало их важность для конкретной изученной морской системы и заставило пересмотреть представления о роли нехвостатых вирусов в океанических микробных сообществах.
Не все эффектные названия необычных «вирусов» из популярной литературы выдержали проверку временем, поэтому надежнее обращаться к подтвержденным примерам. Один из них — вирус Бурбон, впервые выявленный в США в 2014 году. Это редкий клещевой вирус; к 2026 году специфической вакцины и противовирусного лечения против него нет, а терапия остается поддерживающей.
Другой необычный объект — человеческие эндогенные ретровирусы. Это не один опасный современный вирус, а многочисленные остатки древних ретровирусных инфекций, закрепившиеся в геноме наших предков. Последовательности ретровирусного происхождения составляют около 8% человеческого генома; большая их часть не образует инфекционных вирусов, а некоторые участки в ходе эволюции получили новые функции в организме.
Многие хорошо изученные вирусы когда-то казались ученым таинственными и экзотическими. Продолжается открытие новых вирусов, а их изучение помогает понять не только инфекции, но и эволюцию, экологию и обмен генами между организмами.
Достижения молекулярной биологии, вирусологии, генетики, биохимии и биоинформатики показали, что значение вирусов не ограничивается только тем, что они вызывают инфекционные заболевания. Достижения общей вирусологии дали мощный толчок развитию ее прикладных направлений. Вирусология превратилась в обширную область знаний, важную для биологии, медицины и сельского хозяйства. А это значит, что впереди много интересных открытий!