Полезные вирусы
Задумывались ли вы о том, что вирусы могут быть полезными? Принято считать, что они приносят нам одни неприятности. Но огромная часть вирусного мира вообще не заражает человека, а некоторые вирусы и вирусные гены оказываются полезными для экосистем, биотехнологий и даже эволюции наших собственных клеток. Вирусы можно встретить практически всюду — в воде, почве, у растений и животных, на поверхности нашего тела и внутри него. А около 8% человеческого генома имеет ретровирусное происхождение: это следы древних инфекций наших предков, а не современные активные вирусы.
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.
Вирусы действительно могут влиять на эволюцию: они создают сильное давление естественного отбора, переносят гены между организмами, а ретровирусы способны встраивать свою ДНК в геном хозяина. Иногда такие вставки сохраняются в наследственной линии на миллионы лет. Но считать вирусную инфекцию «главным фактором наследственной изменчивости» современной биологией не принято: эволюция опирается на множество источников генетических изменений и отбор.
Вирусы и эволюция человека
Инфекции действительно оставили след в эволюции человека, но прежняя формулировка про «коронавирусы, сделавшие из обезьяны человека» была слишком вольной. Птичий грипп вызывают вирусы гриппа A, лихорадку Зика — флавивирус, и только MERS относится к коронавирусам. Разные вирусы в разное время создавали давление отбора на гены иммунной системы и клеточные белки, с которыми взаимодействуют возбудители.
Особенно наглядный след оставили древние ретровирусы. Их фрагменты составляют заметную часть нашего генома, а некоторые когда-то вирусные гены были «одомашнены» организмом. Например, белки семейства синцитинов ретровирусного происхождения участвуют в формировании плаценты. Это хороший пример того, как вирусная последовательность может из следа старой инфекции превратиться в полезную часть биологии хозяина.
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.
Иногда вирусная инфекция действительно может менять внешний вид или свойства растения, но это не означает, что заражение само по себе является способом повышения урожая. Большинство вирусных болезней сельскохозяйственных культур, напротив, снижают урожайность или качество продукции.
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
Специфичность бактериофагов давно используется в микробиологии. Фаготипирование — определение чувствительности бактериального штамма к набору фагов — исторически было важным методом эпидемиологического анализа и идентификации некоторых бактерий. Сегодня во многих лабораториях его вытеснили более быстрые молекулярные методы, хотя фаги продолжают использовать в специализированной диагностике и биосенсорах.
Вирус против вирусов
К «полезным вирусам» условно можно отнести и ослабленные вирусы, используемые в некоторых живых вакцинах. Так устроена, например, вакцина против кори. В случае полиомиелита существуют разные типы вакцин: оральная вакцина содержит живой ослабленный полиовирус, а инактивированная вакцина — убитый вирус и размножаться не может. Поэтому не всякая противовирусная вакцина является «живым полезным вирусом».
Есть интересные эксперименты, показывающие, что хроническая латентная инфекция некоторыми герпесвирусами у мышей способна временно менять врожденный иммунный ответ и повышать устойчивость к отдельным бактериальным инфекциям. Но переносить этот результат на человека и считать заражение герпесвирусом полезным или профилактическим нельзя: герпесвирусы сами способны вызывать заболевания.
Интерес к фаговой терапии вновь вырос из-за устойчивости бактерий к антибиотикам. Фаги и генетически модифицированные фаги испытывают при трудноизлечимых инфекциях, в том числе местно и внутривенно. Результаты отдельных случаев обнадеживают, однако клинические испытания пока неоднородны, и для многих показаний эффективность еще нужно подтверждать. В биоинженерии же вирусные векторы уже стали реальным инструментом доставки генов: ряд генных терапий на их основе получил регуляторное одобрение.
Иммунная система действительно развивается во взаимодействии с окружающей средой и множеством микроорганизмов, но из этого не следует, что вирусные болезни в детстве «жизненно необходимы» или что ребенка полезно намеренно подвергать инфекции. Вакцинация как раз позволяет сформировать специфическую иммунную память против ряда опасных вирусов без риска перенести саму болезнь и ее осложнения.