Чтение онлайн

У бактериофагов нет внутренних источников энергии для самостоятельного движения, поэтому на первый взгляд бактерия сама случайно наталкивается на бактериофаг, как корабль на мину. Тем не менее бактериофаг способен передвигаться, используя микроконвективные потоки в жидкости и свои длинные хвостовые фибриллы в качестве “парусов”. Сигналом к поднятию “парусов” служат некоторые продукты метаболизма бактерии, которые она выбрасывает в окружающую среду. Эти вещества воздействуют на нити фага, заставляя их “распушаться”. Поэтому бактериофаг преимущественно поражает бактерии в определенной стадии их жизненного цикла – незадолго до деления. В этот период они наиболее активны, много едят и много выделяют. В зоны с высокой концентрацией продуктов метаболизма и устремляются бактериофаги, устраивая там “минное поле”.

Поток жидкости подносит бактериофаг к бактерии или наоборот. Фибриллы “ощупывают” поверхность бактерии на предмет того, а подходящий ли это объект для атаки, ведь каждый бактериофаг настроен на определенный вид бактерий – чужого им не надо! Наткнувшись на нужные им рецепторы, фибриллы прочно связываются с ними, заякориваются, а затем изгибаются и прижимают конец стержня к поверхности. В пластинке находится специальный фермент лизоцим, он “прожигает” отверстие в мембране бактерии, в которое входит стержень. Через этот стержень внутрь бактерии “впрыскивается” нуклеиновая кислота из головки бактериофага.

После этого начинается обычный вирусный беспредел, детали которого, кстати, удалось выяснить в значительной мере при помощи все тех же бактериофагов, ведь бактерии – намного более удобный объект для исследований, чем растения и животные. Генетическая информация, поступающая в виде ДНК (РНК) от вируса, перепрограммирует клетку хозяина и подчиняет всю ее жизнедеятельность задаче производства компонентов вируса, то есть его размножения. Используя инфраструктуру бактерии, нуклеиновая кислота бактериофага направляет синтез необходимых ему белков и при этом еще сама реплицируется. Ученые называют это автокаталитическим процессом с ускорением. Образующиеся белки и нуклеиновые кислоты “самособираются” в новые бактериофаги числом от 200 до 1000, а произведенный фермент лизоцим растворяет оболочку бактерии, выпуская этих “убийц” на свободу.

На все про все уходит около 30 минут. Возникает естественный вопрос: почему же бактериофаги, и вирусы в целом, при такой гигантской скорости размножения не заполонили уже всю Землю? Ответ очень прост: недостаток ресурсов. Например, бактериофаги уничтожают в неком пространстве целевой для них вид бактерий, а потом сами превращаются в добычу или “вымирают” естественным образом. Как мы увидим в дальнейшем, у Природы есть и другие способы сдерживать агрессивность вирусов, да и сами вирусы умеют умерять свои аппетиты. Природа устроена очень рационально, нам есть чему у нее поучиться, в том числе у безмозглых вирусов.

Завершая этот раздел, еще раз скажем о том, что мы многое знаем о строении вирусов и о механизме их действия на различные живые организмы. Но при этом многие важные вопросы остаются непроясненными. То есть каждый отдельно взятый ученый считает, что он знает точный ответ, но научное сообщество в целом пребывает в состоянии непрекращающегося спора.

И первый вопрос: являются ли вирусы живыми организмами? Им задавались еще основоположники – Ивановский и Бейеринк, они дали на него диаметрально противоположные ответы, сопроводив их, впрочем, многочисленными оговорками, стершими резкую грань. Вопрос этот философский (в прямом и переносном смысле), поскольку сначала нужно определить, что есть жизнь. Вирусы несут наследственную информацию, они видоизменяются, эволюционируют и подвергаются действию естественного отбора. В этом смысле они ничем не отличаются от живых организмов. С другой стороны, живые существа потребляют из окружающей среды энергию и различные вещества, пьют, едят, дышат, перерабатывают все это и выбрасывают отходы назад в окружающую среду. Никакого подобного метаболизма у вирусов нет и в помине, в своем нативном виде, вне клетки хозяина, они ничем не отличаются от обычных химических веществ – мертвой материи. В общем, ядовитая жидкость, как писал Бейеринк.

Многие ставят во главу угла неспособность вирусов к самостоятельному размножению. Но ведь размножаются! В природе достаточно паразитов, которые могут размножаться только в организме хозяина, а, например, бактерии хламидии, не к ночи будут помянуты, проникают при этом именно в клетки человека, совсем как вирусы. Никто при этом не отрицает, что хламидии – живые организмы. Такими же паразитами являются мужчины, относящие себя к особому, высшему, биологическому виду, ведь они тоже не способны к самостоятельному размножению и вынуждены использовать для этого организм женщины, существа другой биологической природы [47] . Это, конечно, шутка, но она показывает, до какого абсурда можно довести любую дискуссию. По существу, спор о вирусах – бесконечный спор о терминах, и определения типа “вирусы – организмы, стоящие на пороге жизни”, конечно, красивые и образные, но мало что прибавляющие к пониманию проблемы.

Гораздо интереснее вопрос о происхождении вирусов. Помимо того что это просто любопытно, есть и важный для всех нас практический аспект. С тем, что вирусы ежегодно видоизменяются, мы уже смирились, но не может ли вдруг “народиться” какой-то принципиально новый вирус с необычными страшными, естественно, свойствами, как это случилось с вирусом ВИЧ, о существовании которого до 1981 года ученые даже не подозревали, а теперь мы имеем глобальную пандемию?

К сожалению, в этой области царит полная неопределенность. Теорий происхождения вирусов множество, так что я остановлюсь на трех основных.

Согласно первой, вирусы на Земле появились одновременно с одноклеточными организмами. Почему не раньше? А кто бы синтезировал им необходимые комплектующие, ведь сами они на это неспособны. Так что вирусы, может быть, и стоят на пороге жизни, но стоят там уже пару миллиардов лет, не переступая его. Чего нельзя отрицать, так это того, что некоторые вирусы возникли на заре жизни и тогда же обособились от одноклеточных. Дело в том, что некоторые вирусные белки совершенно непохожи на белки живых организмов, а Природа такой расточительности не терпит, все найденные ею удачные решения она бережно хранит и передает по наследству.

Все было бы хорошо, если бы в вирусах присутствовала только РНК – генетический материал первых живых организмов. ДНК появилась на более высоких ступенях эволюции, тогда же, вероятно, возникли и соответствующие вирусы. Согласно “регрессивной” гипотезе, вирусы – продукты де градации бактериальных клеточных паразитов типа тех же хламидий, которые отбросили все лишнее, ненужное для размножения.

Согласно третьей теории, вирусов породили клетки хозяина, грубо говоря, мы сами, своей собственной ДНК. Дело в том, что молекула ДНК не есть нечто застывшее и неизменное, она подвержена непрерывным трансформациям, – фрагменты молекулы, представляющие собой отдельные гены или даже группы генов, меняются местами. Они так и называются – мобильными генетическими элементами или “прыгающими генами”. Такой осколок ДНК вполне может “заблудиться”, облечься в цитоплазме в оболочку из белков и вырваться через клеточную мембрану на волю.

Ни одна из этих теорий не может объяснить всех известных фактов. Вполне вероятно, что всеобъемлющую теорию нельзя создать в принципе. Проблема заключается в том, что для вирусов, в отличие от всего остального живого мира, невозможно построить единую родословную, сходящуюся к общему предку. К примеру, генетики установили, что все мы, люди, в многообразии рас и национальностей, являемся потомками одной женщины, жившей приблизительно 150 тысяч лет назад в Восточной Африке. Конечно, “митохондриальная Ева” – так ее прозвали – появилась не из пены морской, у нее были родители и прочие родственники, но она – ближайший к нам общий предок, именно ее потомки расселились из маленькой африканской деревушки по всей Земле.

Так вот, для вирусов такое древо установить не удается. Они слишком различаются по строению, геному, “поведению”, чтобы можно было провести четкую эволюционную нить от одной группы вирусов к другой. Из этого следует вывод, что они возникали независимо друг от друга, в разных местах и – в разное время. А наше время ничем не лучше и не хуже других…

И еще один вопрос: зачем Природа создала вирусы и пестовала их на протяжении сотен миллионов лет? На него тоже есть множество ответов. Согласно одной из версий, вирусы необходимы как инструмент так называемого горизонтального переноса генов. Природа сама наложила довольно жесткие ограничения на межвидовое скрещивание, так что удачные генетические решения, найденные одним видом, стали недоступны для других. Вирусы позволяют обойти это препятствие. В процессе размножения в одном организме вирус может “прихватить” один из генов хозяина, а затем перенести и внедрить его в ДНК другого организма. Таким образом вирусы способствуют генетическому разнообразию и ускорению эволюции.