Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
Мой последний пример — это рассеянный, или множественный, склероз (PC), многими, хотя и не всеми, рассматриваемый как аутоиммунное заболевание. При нем поражаются миелиновые оболочки нервных волокон головного и спинного мозга. Нервные клетки сообщаются друг с другом через длинные нервные волокна аксоны, напоминающие сверхтонкие электрические провода. Их оболочки, аналогичные пластиковой или резиновой изоляции проводов, образует вещество миелин. При развитии рассеянного склероза происходит аутоиммунная атака на миелин во множестве рассеянных по центральной нервной системе мест, где образуются характерные бляшки, очаги разрушения миелина белого вещества головного и спинного мозга. Такая «демиелинизация» приводит к такому же эффекту, какой бывает при повреждении изоляции проводов. Качество передачи сигналов по аксонам ухудшается. Болезнь имеет осциллирующий характер, приступы сменяются ремиссией. Как и при всех аутоиммунных заболеваниях, приступ можно смягчить иммунодепрессантами. Недавно долговременного улучшения у многих пациентов стали добиваться, вводя бета-интерферон и другие сходные по действию препараты.
Аутоиммунных болезней слишком много, чтобы здесь описать их все хотя бы вкратце. Для нас важно подчеркнуть их общую черту: все они вызваны тем, что наша мощная, быстро реагирующая и адаптирующаяся иммунная система перестает воспринимать определенные части тела как «свои». Эти заболевания настолько распространены, проблема их лечения настолько важна, что огромные деньги и усилия тратятся на изучение иммунологических реакций, патологии, молекулярной химии внутритканевого воспаления — а также генетической подоплеки развития этих заболеваний и предрасположенности человека к ним.
В конце семидесятых и в восьмидесятых годах прошлого века мне посчастливилось внести небольшой вклад в изучение аутоиммунных заболеваний. В то время я работал под руководством гастроэнтеролога Дерека Хольдсворта и гематолога Эрика Престона и изучал неспецифический язвенный колит — аутоиммунное заболевание, при котором поражается слизистая оболочка толстой кишки. Мы впервые обнаружили, что неспецифический язвенный колит иногда сопровождается понижением функций селезенки (гипоспленизмом). Некоторые пациенты нуждались в резекции толстой кишки, сложной и тяжелой операции, при которой удаляются вся толстая кишка и прямая кишка и временами возникает опасное, угрожающее жизни осложнение: рассеянная интраваскулярная коагуляция. Я заметил, что это осложнение чаще возникает у пациентов с пораженной селезенкой, и предположил, что, возможно, оно связано с бактериальными антигенами, переносимыми кровью. Потому с согласия пациентов я повторил эксперименты с бактериофагами, которые раньше проводил с кроликами, проверяя способность иммунной системы пациентов реагировать на безвредный для них вирус. Эксперимент подтвердил мои опасения: тела пациентов с гипоспленизмом вовсе не вырабатывали антител в ответ на присутствие вируса в крови.
Мы тогда заключили, что повреждение селезенки — это лишь часть общего поражения иммунной системы, возможно тесно связанного с аутоиммунностью. Наши догадки были подтверждены коллегами, проведшими аналогичные исследования и обнаружившими, что гипоспленизм проявляется также при ревматоидном артрите и волчанке. Я же продолжил свой эксперимент, исследуя кровь больных язвенным колитом на предмет наличия аутоантител, характерных для широкого спектра аутоиммунных заболеваний. Оказалось, у многих эти антитела присутствовали, хотя признаков заболеваний не наблюдалось. Но затем я в течение длительного периода времени — десять — двенадцать лет — наблюдал за этими пациентами, и у некоторых из них развились заболевания, соответствующие обнаруженным антителам. Это подтвердило разделяемое многими убеждение: у аутоиммунных заболеваний имеется общая причина, и, скорее всего, — причина генетического характера.
В 2005 году журнал «Нейчур» посвятил серию обзорных статей о состоянии исследований аутоиммунных заболеваний, включая обзоры исследований по генетике, патологии, терапии, а также анализ возможностей будущих исследований. Статьи эти в основном уделяли внимание классической генетике заболеваний и изучению воспалительных процессов при них — двух важнейших аспектов аутоиммунности. Но при этом даже не предпринималось попыток осветить роль человеческих эндогенных ретровирусов в аутоиммунных заболеваниях. Я же сейчас покажу, что HERV могут играть в этих заболеваниях весьма важную роль.
В 1990 году Артур М. Криг и Альфред Д. Штейнберг из Иммунологического отделения Национального института здоровья США опубликовали обзорную статью под названием «Ретровирусы и аутоиммунность». Изложенные там результаты экспериментов на животных позволяли утверждать: экспрессия ретровирусов тесно связана с аутоиммунностью. Артур М. Криг и Альфред Д. Штейнберг заключили: хотя изучение человеческих ретровирусов и находится на ранней стадии, есть косвенные свидетельства в пользу их соучастия в развитии аутоиммунных заболеваний[69].
Чтобы прояснить этот вопрос, нужно закрыть три объемных пробела в наших знаниях по данной теме. Прежде всего нужно детально изучить роль ретровирусов в эволюции очень важной области человеческого генома, известной как главный комплекс гистосовместимости (МНС) — он находится в шестой хромосоме. Затем следует понять молекулярную химию иммунных и воспалительных процессов, вовлеченных в аутоиммунность. И третье: опираясь на эти знания, нужно определить возможный вклад эндогенных ретровирусов в аутоиммунность, в развитие воспалительных процессов, вызванных аутоиммунным откликом организма.
Как уже говорилось, развитие иммунной системы, способной распознавать «своих» и «чужих», — важнейшее условие успешной борьбы организма с чужеродными пришельцами, подобными бактериям и вирусам. Эта же система отторгает имплантированные органы и ткани. По необходимости она должна быть гибкой и быстро реагировать на новые виды агрессивных микроорганизмов, а в особенности вирусов, поскольку они способны мутировать с ужасающей скоростью даже внутри наших тел. В отличие от беспозвоночных, чьи иммунные системы ригидны, наша иммунная система способна адаптироваться и откликаться на атаки даже быстро меняющихся агрессоров. Это единственная система нашего тела, которая откликается на изменение окружающей среды быстрыми эволюционными изменениями, — потому мы и зовем ее «системой адаптивного иммунитета». Она и определяет нашу биологическую сущность. И тут встает вопрос: как же такая сложная система, столь отличающаяся быстротой эволюции от прочих частей тела своих носителей-позвоночных, могла у этих позвоночных развиться?
Нам хорошо известно, когда именно это произошло — причем произошло фактически внезапно, с зарождением позвоночных. У нынешних костных рыб такая же иммунная система, как и у нас. Но ничто не возникает из ничего. Поэтому настоящий вопрос таков: когда же именно среди морских беспозвоночных — а возможно, и в более раннюю эпоху, когда существовали только одноклеточные, — возникло хотя бы отдаленное подобие иммунной системы и как из этой первой искры развилась сложнейшая и быстро реагирующая иммунная система человека?
В 2009 году Луис Вильярреал опубликовал большую обзорную статью об истоках адаптивного иммунитета, в которой представил данные изучения взаимодействия между вирусами и носителями, начиная с бактерий и переходя от беспозвоночных с их негибкой, но довольно эффективной иммунной системой к зарождению адаптивной иммунной системы у позвоночных и далее к иммунной системе млекопитающих, а затем приматов, включая человека. Называлась статья так: «Источник „самости“: генетические паразиты и происхождение адаптивного иммунитета». В ней Вильярреал убедительно доказывает, что первичные формы иммунной системы — а значит, первое утверждение биологической «самости» — произошли от сложного эволюционного взаимодействия между вирусами-фагами и их бактериями-носителями[70].
Ученым давно известно, что вирусы-фаги временами вступают в симбиотическое партнерство с бактерией-носителем, когда вирус присутствует в бактерии, но не размножается нормальным образом — ведь это привело бы к разрушению бактерии и выходу большого числа вирусов-потомков. Вирусологи теперь понимают: такое сосуществование вируса с бактерией — жестокая и коварная, вполне в духе Макиавелли сделка, осуществляемая при помощи механизма, известного как «модуль аддикции». Стоит посвятить несколько минут описанию работы этого механизма.
Если вкратце, то вирус помещает полную копию своего генома в бактерию, но геном остается изолированным от бактерии, обернутым в оболочку и представляет собой плазмид. Геном остается полностью дееспособным, способным производить агрессивные экзогенные вирусы, и потому назван «профаг». Профаг кодирует особые метаболические продукты. Первый — с долговременным эффектом, и, если нет противоядия, он является летальным для носителя токсином. Второй же как раз и есть это противоядие, и он — короткоживущий. Для бактерии, конечно же, лучше избавиться от потенциально смертельного вируса, и бактерии вполне способны избавляться от плазмид через процесс полового размножения, открытый Джошуа Ледербергом и Эдвардом Татумом. Но если бактерия выбросит плазмид, действие противоядия быстро кончится, и долгоживущий токсин убьет бактерию. Но смертью лишь этой бактерии дело не ограничится: этот же свирепый вирус распространится и убьет все бактерии, не обладающие «модулем аддикции», то есть плазмидом. Другими словами, вирус убивает все бактерии, не являющиеся носителями ему подобных вирусов.
