Почему вирусы застряли между живым и неживым? Отрывок из книги Карла Циммера

В издательстве «Альпина нон-фикшн» выходит книга «Живое и неживое» писателя, журналиста The New York Times Карла Циммера. ТАСС публикует отрывок о вирусах, насчет которых биологи спорят вот уже почти сто лет

https://nauka.tass.ru/nauka/14427091

Карл Циммер написал 14 книг: о паразитах, кишечной палочке, эволюции, наследственности. В «Живом и неживом: В поисках определения жизни» он взялся за самую общую тему в биологии (поклонники, которых в России, должно быть, немало: это уже пятая его книга в каталоге «Альпины нон-фикшн», — ломают голову, о чем же Циммер напишет в следующий раз). Определения жизни не то чтобы нужно искать — их и так придумано немало, но у каждого есть недостатки. Эти недостатки особенно заметны, когда дело доходит до вирусов.

«Если спросят, жива или мертва проходящая через фильтр частица — вирус, — писал в 1937 г. британский вирусолог Норман Пири, — вот единственный разумный ответ: «Не знаю; мы знаем много всего, что он умеет, и еще много всего, чего он не умеет, и если какая-нибудь комиссия даст определение понятию живого, тогда я попытаюсь проверить, подходит ли он под это определение».

Пири и его собратья-вирусологи продолжали открывать основные свойства вирусов. Внутри их белковых оболочек и жировых мембран заключена группа генов, скрепленных вместе определенными белками. Но у них совсем нет собственной АТФ, которая давала бы энергию для химических реакций. Снаружи вирусы покрыты лохматой шубой белков в сахарной глазури. Эти белки, как правило, точно пристыковываются к белкам на поверхности клеток. Стыковка — первый этап вирусной инфекции, и для «успеха» она должна быть точной, как у ключа с замком. Это одна из причин, по которым вирусы столь избирательны по части поражаемых видов и способны влиять лишь на одни типы клеток, но не на другие.

Как только вирус садится на клетку, ее оболочка расступается и ценный груз генов — собственность вируса — попадает внутрь. Если суть жизни заключается в тиражировании генов, то вирусы должны определенно считаться живыми. Гены некоторых из них закодированы в ДНК с использованием того же четырехбуквенного алфавита, которым записана и наша собственная наследственность. Пораженная клетка прочтет эту вирусную ДНК и синтезирует молекулы РНК, на основе которых затем будет производить белки для чужака-оккупанта.

Но Пири и другие вирусологи обнаружили, что многие вирусы упростили этот порядок процессов. В 1930-е гг. британский исследователь получил данные, указывавшие, что гены вируса табачной мозаики состоят не из ДНК, а из РНК. Дальнейшие исследования показали, что и у многих других гены построены из РНК, в том числе у SARS-CoV-2. Когда РНК-вирусы внедряются в клетку, их гены транслируются напрямую в белки. Вот таким исключительно эффективным способом вирусы заставляют нас болеть в своих собственных вирусных интересах. Но при том лишь они изобрели столь специфический вариант биохимии.

Какова бы ни была основа генетического кода вирусов — ДНК или РНК, они способны обходиться удивительно малым числом генов. У нас примерно 20 000 белок-кодирующих генов. SARS-CoV-2 сумел обрушить мировую экономику, располагая всего 29. Всякий раз, когда он внедряется в клетку чьих-то дыхательных путей, миллионы вновь возникших вирусов несут этот набор из 29 генов. Обычно все копии их идентичны. Но некоторые содержат ошибки.

Вирусы мутируют, подобно более привычным формам жизни. Мало того — они мутируют гораздо быстрее, чем человек, растения и даже бактерии. Наши клетки содержат молекулярный штат корректоров, вычитывающих новые последовательности ДНК и возвращающих большинство ошибок на исправление. Львиная же доля вирусов не умеют исправлять ошибки. SARS-CoV-2 и другие коронавирусы отличаются тем, что у них есть ген примитивного белка-корректора. Но, хотя скорость их мутирования не столь велика, как у других вирусов, они все же накапливают мутации в тысячи раз быстрее, чем мы.

Иногда эти новые мутации дают определенному вирусу конкурентное преимущество перед другими. Они могут ускорить его воспроизводство. Они могут сделать мутантный вирус невидимым для радара иммунной системы. Таким вирусам будет благоприятствовать естественный отбор.

Иными словами, современные исследования вирусов показывают, что те обладают еще одним признаком живого: они эволюционируют. Они могут выработать сопротивляемость противовирусным препаратам. Они могут приспособиться к новому виду-хозяину. В определении жизни по NASA эволюция признана среди важнейших критериев, и все же Джеральд Джойс, один из его авторов, счел, что способность вируса эволюционировать не может перевесить того факта, что он не является самоподдерживающейся химической системой. Вирусы получают все необходимое из химической системы клетки, и только внутри нее они способны эволюционировать.

«Если исходить из рабочего определения, вирус не проходит конкурс», — заявил Джойс в интервью журналу Astrobiology
Magazine.

Впрочем, у вирусов нашлись и защитники. Еще в 2011 г. французский ученый Патрик Фортер выдвинул ряд доводов в пользу того, что они живые. По крайней мере, в определенное время, говорит он. Для Фортера клетка — фундаментальный признак живого. И когда в нее вторгается вирус, она, по сути, становится продолжением вирусных генов. Исследователь называет ее вироклеткой. «Мечта нормальной клетки — произвести на свет две клетки, мечта вироклетки — произвести сто и более новых вироклеток», — писал он в 2016 г.

Фортеру не удалось убедить большую часть собратьев-вирусологов. Пурификасьон Лопес-Гарсиа и Давид Морейра назвали его довод «чуждым логике». Другие отмели вироклетку как своего рода поэтическую вольность. Вирусы не живут и уж тем более не мечтают. И когда международная комиссия по их таксономии приняла современную систему классификации, она однозначно заявила, что «вирусы не являются живыми организмами». «Они живут только заемной жизнью», — пояснил один из членов комиссии.

Странно, что люди выталкивают вирусы из дома жизни, оставляя их мыкаться у порога. За порогом — ужасная давка. В литре морской воды вирусов больше, чем людей на всей планете. Как и в ложке грязи. Если бы мы могли сосчитать все вирусы на Земле, численностью они бы превзошли все формы клеточной жизни, вместе взятые, наверное, десятикратно.

Разнообразие вирусов тоже колоссально. По оценкам некоторых исследователей, на планете могут обитать триллионы их форм. Когда специалисты открывают новые вирусы, часто это представители крупного таксона, неизвестного прежде. У орнитологов есть законный повод радоваться, когда они обнаруживают новый вид птиц. А представьте себе, каково это — открыть птиц вообще! У вирусологов примерно так и происходит.

Можно ли изгнать все это биологическое разнообразие за рамки жизни? Ведь изгнание вирусов, помимо прочего, означает, что мы отказываемся рассматривать их тесную связь с экологической сетью жизни. Они соперничают с хищниками по кровожадности, уничтожая коралловый риф или изводя синегнойную палочку в легких. Со многими же хозяевами вирусы поддерживают вполне мирные отношения. Наш здоровый организм — обиталище триллионов вирусов, которые в совокупности называются «виром». Большинство из них поражают бактерий, грибы и других одноклеточных представителей нашего микробиома. Некоторые исследования указывают на то, что виром человека поддерживает равновесие его микробиома и вносит вклад в благополучие человечества.

У Земли есть собственный виром, действующий как геохимическая сила. Моргните — и за этот миг 10 млрд трлн фагов в океане успеют поразить морских бактерий. Многие из них убивают микробов-хозяев, ежегодно выбрасывая в воду около 3 Гт органического углерода и стимулируя рост новой жизни. Иные фаги более милосердны: они пробираются внутрь своего хозяина и позволяют ему некоторое время пожить. А некоторые даже приносят с собой полезные для хозяев гены. Существуют фаги, которые дрейфуют в океане, имея в запасе гены фотосинтеза. Инфицированные ими микроорганизмы лучше усваивают солнечный свет. Кислородом, которым мы дышим, мы отчасти обязаны этим вирусам.

Вышеупомянутые фаги приобрели гены усвоения света воровским путем. Когда их предки поражали другие фотосинтезирующие микроорганизмы, они при репликации случайно присоединяли хозяйские гены к собственным. Но вирусы также способны дарить геномам хозяев новые гены. Бактерии, например, могут приобрести резистентность к антибиотикам благодаря заражению вирусом. Наш собственный геном содержит десятки тысяч вирусных фрагментов, составляющих до 8% нашей ДНК. Некоторые из этих фрагментов превратились в гены и генные переключатели. Если вирусы неживые, значит, в нас зашито неживое.