Биологический вирус – родное дитя клетки?

Вирус — одно из самых загадочных «существ» в мире жизни. Кавычки здесь обязательны — можно ли без оговорок назвать существом, или организмом, то странное нечто, что, по выражению одного из классиков вирусологии, наполовину мертво, как камень? Итак, лишь наполовину вирус может быть назван живым. У него нет своих собственных, общепринятых даже у бактерий систем и реакций обмена веществ. Сам по себе — без помощи полноправной живой клетки — он не способен даже размножаться. Не ясно ни его систематическое положение в мире живой природы, ни его эволюционные связи, ни то, на какие биологические механизмы опирается его полуживое, полумертвое существование.

Так было, но сейчас положение меняется. Вся история вирусологии приучала нас рассматривать вирус как нечто постороннее для организма: как экзогенный агент, способный при определенном стечении обстоятельств «заразить» организм. Однако в последние годы сделаны открытия, которые могут привести к значительному пересмотру представлений о месте вирусов в живой природе. Появляется все больше уверенности в том, что некоторые вирусы (по крайней мере некоторые!) — нормальные продукты живой клетки. Соответственно все более широкое распространение получает термин «эндогенный виру с», словосочетание, которое раньше могло восприниматься как бессмысленное. «Эндогенный» — значит, внутреннего происхождения, то есть в данном случае — рожденный клеткой.

О чем идет речь? В некоторых — пока, правда, весьма редких — случаях, изучая нормальные клетки птиц и млекопитающих, культивируемые в лабораторных условиях, ученые наблюдают образование в них характерных вирусных частиц. Они содержат длинные отрезки одноцепочечной вирусной РНК, фермент ревертазу, ряд других белков и по всем своим морфологическим и биохимическим свойствам похожи на вирусы из группы рибодезо ксивирусов. Образование таких частиц можно вызвать с помощью различных внешних воздействий, например ультрафиолетовым облучением.

В ряде лабораторий мира эндогенные вирусы были выделены из нормальных клеток кур, фазанов, мышей, крыс, хомяков, морских свинок, кошек, свиней, павианов. Сделав обычную в таких случаях экстраполяцию, будем считать, что эндогенные вирусы могут быть изолированы из клеток любого вида птиц и млекопитающих.

Эндогенные вирусы можно выделить, по-видимому, из любой культуры мышиных клеток. Но можно ли выделить вирус из каждой клетки данной культуры? Известны эксперименты, дающие положительный ответ на такой вопрос. Значит, любая клетка популяции потенциально способна образовывать вирус. Другими словами, она содержит информацию, необходимую для образования эндогенного вируса. Впрочем, наши знания о причинах, определяющих их разнообразие, крайне ограничены, прежде всего, потому, что само количество более или менее изученных эндогенных вирусов пока невелико. Но известно: клетки одного вида животных могут образовывать несколько разных эндогенных вирусов.

Опыты показывают, что гены, кодирующие образование компонентов эндогенного вируса (их называют провирусом, или вирогеном),— часть нормального клеточного генома. А значит, продукты их деятельности — белки различных сортов — выступают в клетке полноправными участниками ее нормальной жизнедеятельности.

Достаточно определенные суждения высказаны о роли одного из белков — фермента ревертазы, способной обеспечить перенос информации внутри клетки по пути ДНК — РНК — ДНК. Такой способ передачи информации может иметь два важных последствия: умножение числа копий определенных генов и перемещение генотического материала внутри хромосомы или между хромосомами.

Если такие перемещения и умножения происходят в половой клетке, то тем самым создается дополнительная физическая основа для эволюции организмов. Разумеется, такие процессы могут осуществляться и без участия ревертазы, однако ее помощь заметно повышает их эффективность. Не с этим ли, хотя бы частично, связано увеличение скорости эволюции млекопитающих по сравнению со скоростью эволюции, например, земноводных?

Если же такие процессы происходят в геноме соматической клетки, то это может быть одним из факторов ее дифференциации и специализации.

О возможных самостоятельных функциях второго, наружного, компонента эндогенного вируса — белка, из которого состоит его чехол, мы пока можем сказать и того меньше. Скорее всего, это просто часть нормальных белков нормальных мембран нормальных клеток. В таком случае белки наружного чехла эндогенных вирусов — это важная деталь туалета клетки. А вирус просто напяливает на себя часть туалета своей родительницы. Что происходит, когда разные компоненты объединяются в частице эндогенного вируса? Напрашивается предположение, что эндогенные вирусы — это переносчики нормальной генетической информации между клетками организма.

Основания для этого предположения таковы: в геноме всех высших позвоночных закодирована возможность образования эндогенного вируса; эта возможность закономерно реализуется на определенных стадиях развития организма; эндогенные вирусы могут переносить информацию о (предположительно) нормальных клеточных белках. Пока, следует заметить, не видно никакой другой — кроме межклеточного переноса информации — достаточно общей и важной функции эндогенных вирусов.

Но признав возможность и важность переноса генетической информации из клетки в клетку, мы вступаем в конфликт с догмой, гласящей, что геномы всех клеток данного организма идентичны. Что ж, кажется, наступило время для более критического отношения к этой догме. Стоит указать здесь хотя бы на такое предположение: возможно, среди клеток иммунной системы, производящих антитела, есть разные клоны — типы клеток, имеющие некоторые различия в генетической информации, что и дает им возможность вырабатывать антитела разных сортов.

Чтобы система передачи генетических инструкций от клетки к клетке работала эффективно, она должна обеспечивать перенос разнообразной информации и доставку ее по точному адресу. Эндогенные вирусы как раз и устроены так, что могут в принципе удовлетворять обоим условиям.

Разнообразие информации достигается разными путями. Например, как уже говорилось, в одной клетке образуются разные эндогенные вирусы. Доставка сообщения по точному адресу обеспечивается тем, что эндогенные вирусы обладают способностью заражать определенные виды клеток. Сомнений в этой возможности нет, хотя пока не получено прямых данных, доказывающих, что такой перенос нормальной информации действительно происходит.

Есть еще одна функция, которую могут выполнять эндогенные вирусы,— они могут переносить генетическую информацию между организмами, в том числе между организмами разных видов. В частности, недавние исследования показали, что генетические структуры, кодирующие один из эндогенных вирусов кошки и павиана, содержат участки с высокой степенью взаимного сходства. Заметное сходство обнаруживается и между белками этих двух вирусов. Кажется логичным предположить, что на какой-то стадии эволюции некий предок кошек был заражен эндогенным вирусом предка обезьян (или наоборот).

Исследования эндогенных вирусов одного-двух десятков видов птиц и млекопитающих — главным образом домашних или лабораторных — показало, что каждый вид животных имеет свои особые эндогенные вирусы, причем степень сходства вирусов, выделенных у животных разных видов, обычно невелика.

Хотя изложенные и некоторые другие факты не дают возможности сделать однозначные выводы, тем не менее, они согласуются с такими представлениями. Гены провируса имеют очень древнюю историю, исчисляемую десятками, а может быть, и сотнями миллионов лет. Гены — предшественники современных провирусов — существовали в клетках предков современных птиц и млекопитающих уже тогда, когда только выделялись эти классы позвоночных. Эти гены эволюционировали. Существующие варианты провирусов формировались одновременно с возникновением существующих видов (или даже подвидов, линий) животных. Другими словами, генеалогическое древо эндогенных провирусов в первом приближении соответствует генеалогическому древу птиц и млекопитающих.

Оговорка «в первом приближении» сделана потому, что, как мы уже видели, в некоторых случаях возможен обмен провирусами между разными видами животных. Не возникли ли первые эндогенные вирусы у каких-то предшественников птиц и млекопитающих в результате их заражения чужеродным вирусным агентом? Такая точка зрения существует, и исключить ее на основании наших сегодняшних знаний нельзя. Однако предпочтительнее другой взгляд, согласно которому эндогенный вирус продукт нормальной клетки.

Заканчивая этот обзор, надо сказать, что для первоначального образования эндогенных вирусов требовалось, по-видимому, не так уж много событий, включая выработку системы регуляции такого образования, так как вирус не может быть необходим всегда. А самое главное — возникшие вирусы должны были «научиться» выполнять некую полезную для организма работу, без чего было бы невозможно сохранение в эволюции случайно образовавшегося механизма.

Автор: М. Хромченко.