Вирусы. Часть 1
Пришельцы из прошлого...
Мы каждый день сталкиваемся с ними, превращая жизнь в бесконечную борьбу, от исхода которой зависит наше существование. Они заставляют людей бежать, а государства — закрывать границы. Никто не знает, откуда они пришли и как с ними бороться. Кто-то говорит, что они пришли из космоса. Другие считают их первичной формой жизни, возникшей из ниоткуда и запустившей процесс эволюции. Не живые и не мертвые. Вездесущие и всепроникающие.
Вирусы — одна из самых загадочных форм жизни на планете. До сих пор научное сообщество так и не смогло сформировать исчерпывающей теории, отвечающей на вопрос о природе их возникновения. Более того, эта форма жизни настолько загадочна, что не относится ни к "живой", ни к "мертвой" материи. Тем не менее, мы можем с долей уверенности говорить о причинах их существования — без вирусов процесс эволюции, как и само существование белковой жизни, оказались бы невозможны.
Существует два природных механизма, отвечающих за генетическое разнообразие — естественные вертикальный и горизонтальный перенос генов, при котором мы получаем новый генетический материал, отвечающий за полезные мутации и позволяющий нам приспособиться к окружающей среде. Примером вертикального переноса генов является знакомый всем нам процесс размножения, когда накопленный генетический материал переносится от родителя к потомку. В то же время механизм горизонтального переноса генов позволяет передавать генетический материал между представителями разных популяций посредством заражения их вирусами. В процессе своего развития вирусы и бактерии в совершенстве овладели этим механизмом, что позволяет им постоянно мутировать, безупречно приспосабливаясь к жизни даже в открытом космосе. На данный момент генетические фрагменты вирусов обнаружены во фрагментах ДНК практически всех живых существ. В случае человека, "вирусная ДНК" составляет более 10% от его собственной. Процесс встраивания вирусной ДНК в клетку называется вирогенией.
История происхождения вирусов крайне загадочна и начинается более 4 миллиардов лет назад. Ее истоки берут начало в доисторическом периоде, на таком этапе формирования нашей планеты, когда еще не существовало клеток и белковой жизни. Этот период в истории планеты называют "миром РНК". На этом этапе развития нашей планеты вся генетическая информация хранилась в ансамблях молекул рибонуклеиновых кислот. В последствии их взаимодействие привело к формированию ДНК-РНК-белковой жизни. На данный момент РНК обеспечивает наиболее важные процессы жизнедеятельности клетки: перенос энергии, биосинтез белка и репликацию ДНК. Понимание истории "мира РНК" стоит у истоков ответа на вопрос, как неживая природа вдруг стала живой. В 1975 году Манфред Сампер и и Рудигер Льюс на практике продемонстрировали это превращение в смеси, содержащей лишь нуклеотиды (органическое соединение нуклеозидов и фосфорных кислот), абсолютно не содержащей никакой генетической информации (даже молекул РНК), где эта самая РНК смогла, при создании определенных условий, спонтанно самозародиться. Процесс превращения неживой материи в живую назвали "самозарождением жизни".Способность молекул РНК к эволюции и самозарождению запустило процесс формирования белковой жизни на Земле, который пошел по нескольким путям. Одним из этих путей стало появление современных вирусов, форм жизни, состоящих из одной молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки. При этом, нельзя утверждать, что все современные вирусы родственны друг другу, т.к. они имеют значительные различия в генетическом материале. К примеру, генетический состав "пандоравируса", обнаруженный в 2013 году, лишь на 6% схож с генетическим составом других форм жизни на нашей планете.
Вирусы — это паразитические нуклеопротеидные комплексы.Как уже говорилось выше, наиболее простые и древние их формы имеют в своем составе лишь одну молекулу РНК (генетической информации) и простейшую белковую оболочку (капсид). Некоторые формы вирусов (бактериофаги) даже способны заражать бактерии, проникая в их клеточную структуру. На данный момент обнаружено и детально описано более 6 тысяч видов вирусов, хотя предполагается, что их разнообразие гораздо больше и существует более 100 миллионов их форм и видов. Доказано, что вирусы способны к эволюции и горизонтальному переносу генов, что позволяет отнести их к живым организмам. Если не одно "но". У вирусов нет обмена веществ и размножаться они могут только проникнув в клетку-хозяина. Таким образом мы можем уверенно сказать, что вирусы проникают в любую клетку (в том числе и наш организм) лишь с одной целью — заполучить ценные ресурсы и начать процесс размножения. Дело в том, что вирус — это что-то вроде "зомби", так как не является живым существом, но видимо, очень хочет им стать, чтобы начать процесс размножения. Для этого ему нужен взять под контроль нашу клетку и получить ее клеточный материал. Процесс "рейдерского захвата" нашей клетки может привести либо к "восприимчивости" и началу иммунного ответа, либо к "терпимости" и получению вирусом полного контроля над клеткой хозяина. Как только контроль над клеткой установлен, вирус начинает репликацию— создание собственных копий.
Вирусы способны заразить что угодно: людей, животных, бактерий (вирусы бактерий называются бактериофагами) и даже других вирусов (вирусы-сателлиты). Почему одни вирусы быстро убивают нас самым страшным образом (например штамм гриппа, известный как испанка или возбудитель лихорадки Эбола), а другие могут бессимптомно сопровождать своего носителя на протяжении достаточно долгого периода его жизни (например, ВИЧ или цеталомегавирус)? Дело в наличии оболочки. Большинство вирусов может покинуть клетку лишь после лизиса (растворения клетки), в результате чего клетка теряет клеточную мембрану и стенку, погибая. Но есть особая группа вирусов, которые имеют свою оболочку, позволяющую легче проникать в клетку-носителя и впоследствии покидать ее путем "отпочковывания", не разрушая клеточную структуру хозяина. Их называют оболочечными вирусами. К этой группе вирусов, например, относятся многочисленные ретровирусы (возбудители ВИЧ) и коронавирусы. Их оболочка состоит из фрагментов мембраны пораженной клетки -- белков и фосфолипидов. Часто на оболочке вируса располагаются гликопротеиновые шипы, или пепломеры.
Популяция вирусов неисчислима. Только в акватории Мирового океана, на основе данных компьютерного моделирования, их популяция предположительно составляет 10 в 31 степени. Они настолько вездесущи, что присутствую даже в ДНК всех живых организмов. Например, более 10% структуры ДНК человека составляют интегрированные последовательности ретровирусов.