Современное человечество было создано различными вирусами

Человечество создано особенными вирусами

Люди не любят вирусы, что вполне можно понять - эти доклеточные формы жизни причиняют нам массу страданий, вызывая различные заболевания. Однако в природе никогда не бывает чего-то только черного или белого, однозначно вредного или полезного. Так и с нелюбимыми вирусами. Ученые выяснили, что вирусы активно участвуют в эволюции человека и животных.

Фото:

Традиционно люди не любят вирусы, и это вполне можно понять — эти шустрые доклеточные формы жизни (название которых, кстати, переводится с латинского языка как "яд") причиняют нам массу страданий, вызывая различные заболевания. Однако в природе никогда не бывает чего-то только черного или белого, однозначно вредного или полезного. Вот и вирусам человечеству также следует сказать спасибо — за то, что они когда-то сотворили его в прямом смысле этого слова. Проще говоря, без них не было бы и нас.

О том, как это произошло, рассказал во время открытой лекции "Почему вирусы "помогли создать" человека?" (лекция прошла в рамках "Популярного лектория журнала Популярная механика") молекулярный вирусолог, доцент кафедры биологии педиатрического ф-та РНИМУ им. Н. И. Пирогова Михаил Розанов. По его словам, долгое время ученые недооценивали роль вирусов в эволюции всего живого. Однако в последнее время исследователи находят все новые и новые доказательства того, что многие эволюционные достижения растений, животных и прочих организмов, имеющих клеточное строение, были бы невозможны без помощи этих крошечных обитателей нашей планеты, которых, увы, никто не любит.

Михаил Николаевич напомнил, что согласно данным, полученным в ходе исследований генома человека, в геноме достаточно мало собственно генов, то есть участков, которые несут информацию о строении белков — по разным оценкам, таковых от 0,8 до 0,15 процентов. А все остальное — это интроны, то есть участки ДНК между генами, которые вырезаются при считывании информации с генов, и мобильные генетические элементы. Кстати, последних в человеческом геноме — почти половина от всей ДНК.

Но что же представляют собой эти мобильные элементы? На самом деле они когда-то были теми самыми вирусами, которые в какой-то момент настолько освоились в ДНК хозяина, что потом не захотели покидать ее. Среди таких "одомашненных" вирусов у человека чаще всего встречаются ретротранспозоны — они составляют 30 процентов от общего количества этих элементов (а у кукурузы, например, они вообще составляют 78 процентов всего генома). Они очень похожи на вирусы, лишенные белковой оболочки, которые никогда не покидают клетку — ну если только из ядра в цитоплазму выходят.

В основном эти элементы заняты тем, что путешествуют по геному — считанная с них РНК выходит в цитоплазму, там на ее основе при помощи фермента обратной транскриптазы синтезируется ДНК, которая потом встраивается обратно в геном, причем чаще всего не в то место, где находится ее "родитель". Такое поведение весьма напоминает жизненный цикл ретровирусов (к этой группе относится печально известный ВИЧ).

Другая группа мобильных элементов, представленных в нашем геноме, — это транспозоны. Они тоже путешествуют по хромосомам, однако делают это напрямую — фермент транспозаза, ген которого имеется в составе данного элемента, вырезает транспозон и вшивает его в новый участок ДНК. Две эти группы мобильных элементов являются основными, но кроме них есть и другие, которые встречаются куда реже, например, LTR-содержащие элементы, которые, по сути, не что иное, как классические эндогенные вирусы, никогда не выходящие из генома.

По мнению Михаила Николаевича, уже сам факт того, что наш геном содержит большое количество бывших вирусов, говорит о том, что эти существа, без сомнения, играют значительную роль в эволюции человека, да и других живых существ. Ведь если бы этого не было, то они просто не сохранились бы среди полезной ДНК — набитые ими "под завязку" особи просто отбраковывались бы естественным отбором. Однако в чем же состоит смысл такого "засорения" своего генома бывшими вирусами, которые не особенно заботятся о хозяине, а заняты лишь эгоистичным копированием наследственного вещества себя, любимых?

Отвечая на этот вопрос, Михаил Николаевич обратил внимание на то, что известные сейчас мобильные элементы — это промежуточная стадия процесса превращения "чужого" вируса в "свой ген". Проще говоря, через некоторое время подобный вирус перестает бесцельно "скакать" по ДНК хозяина, а остепеняется, находит свое постоянное место на хромосоме и начинает производить необходимые клетке белки (впрочем, это происходит в том случае, если организм хозяина признает подобный белок необходимым). Однако на такую метаморфозу нужно много времени — оно исчисляется миллионами лет.

Читайте также: Опухоли как лаборатории эволюции

И здесь г-н Розанов привел конкретный пример такого превращения: "Ключевым моментом в эволюции млекопитающих стало появление плаценты — структуры, которая соединяет плод с материнским организмом. Именно плацента обеспечила нормальное внутриутробное развитие зародыша у наших предков, что привело к тому, что млекопитающие стали господствующей группой на суше. Важным также является и то, что в месте контакта материнской и зародышевой части плаценты образуется синциотрофобласт — структура, состоящая из многоядерных клеток. По сути, она образуется путем слияния нескольких обычных клеток в синцитий — ту самую многоядерную структуру. И именно синциотрофобласт и обеспечивает эффективное питание зародыша, а также выделение его отходов и снабжение кислородом.

Но откуда взялся этот синциотрофобласт в процессе эволюции? Сейчас ученые знают, что подобная структура возникала независимо у разных групп млекопитающих. Но биохимики выяснили, что для ее развития во всех случаях необходим белок синтицин. А этот белок кодируется геном, представляющим собой не что иное, как "одомашненный" эндогенный вирус из семейства ERV. И вот, что интересно — у млекопитающих из разных систематических групп структура синциотрофобласта разная. Но, что самое удивительное, и ген, кодирующий синтицин, тоже отличается, пусть незначительно, но все-таки.

О чем это может говорить? Скорее всего о том, что представители разных групп млекопитающих в свое время "одомашнили" разные эндогенные ERV-вирусы. Однако в целом результат был похожий — все они стали участвовать в образовании плаценты. Так и возникла данная конвергенция — происхождение плаценты, как мы видим, различно (по крайней мере, на генетическом уровне), однако функцию этот орган несет у млекопитающих одну и ту же.

Кстати, подобный пример заставляет задуматься о проблеме гомологичных органов, то есть органов, имеющих одинаковое происхождение. Получается, что плаценту млекопитающих к таковым относить нельзя — пути ее происхождения, как вы сами только что увидели, различны. Возможно, гомология других органов тоже не является бесспорной — не исключено, что механизмы их происхождения обеспечили разные мобильные элементы генома, то есть одомашненные вирусы".

Итак, как видите, встроившийся в геном вирус может приводить к возникновению новых структур у хозяина в процессе развития. Именно в этом, как считает Михаил Николаевич, и заключается эволюционная роль данных доклеточных форм жизни — они являются как бы "кирпичиками", из которых естественный отбор и конструирует геномы более высокоразвитых организмов. Конечно же, далеко не все вирусы, оставшиеся в геноме, через какое-то время становятся полноценными генами — часть из них постепенно деградирует и исчезает, так и не дождавшись своего звездного часа.

Однако процесс проникновения вирусов в геномы хозяев идет непрерывно. И с эволюционной точки зрения это хорошо — у организма всегда в избытке имеется тот материал, из которого при случае можно создать новый ген, и, следовательно, новый орган. Все это есть ничто иное, как естественная генетическая модификация живых организмов — от искусственной она отличается лишь тем, что на нее уходит куда больше времени, чем на целенаправленное внедрение гена в растение или животное (чем сегодня и занимаются генные инженеры в лабораториях). Однако в отличие от людей, эволюции спешить в общем-то некуда…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"