Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
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.
Здесь мы видим яркий пример агрессивного симбиоза. Некоторые читатели, возможно, возразят: мол, здесь всего лишь пример «эгоистического» поведения вируса. Но если поразмыслить, прикинуть долговременные эволюционные последствия, то ясно: «модуль аддикции» делит вид бактерий надвое — на тех, у кого есть опасный, но и способный защитить модуль, и на тех, у кого нет. С иммунологической точки зрения «модуль аддикции» создал первичную биологическую «самость».
Это пример того, как сложное взаимодействие между вирусом и бактерией развилось от «эгоизма» до мутуализма. А это, в свою очередь, подразумевает, что естественный отбор уже работает на уровне партнерства. Потому неудивительно обнаружить, что со временем вирусы-фаги становятся «дефективными», теряют заразность и становятся частью целого, бактериально-вирусного голобионта, развивающегося симбиотически. Здесь картина аналогична наблюдаемой при симбиотической эволюции митохондрий либо эндогенизации ретровирусов, превращающихся в HERV либо родственные им структуры. Содержащая «защитный» вирус бактерия защищена от инфицирования сходными вирусами, как это происходит временами с эндогенными вирусами. Начиная с этого первичного «иммунитета», подробно объясняя и анализируя каждый последующий шаг, Вильярреал описывает, как принцип «модуля аддикции» работает на каждой стадии эволюции иммунной системы, от простых и неадаптивных начальных версий ее до сложной высокоадаптивной системы, какая защищает сегодня людей. Процитирую Вильярреала: «Вся адаптивная иммунная система, которая на ранних стадиях развития должна „самообучиться“ различению своего и чужого, установить биологическую самоидентичность и не допускать саморазрушения (аутоиммунности), ведет себя как один огромный модуль аддикции».
Чтобы связать этот факт с уже известными данными о генетической подоплеке аутоиммунных заболеваний, нужно обсудить подробнее человеческий главный комплекс гистосовместимости (МНС) — а вернее, его совместно с прилегающими областями. Сейчас этот комплекс генов обозначается как хМНС. Выше уже писалось: он тесно связан и с аутоиммунностью, и с откликом на инфекцию. Приблизительно каждый пятый из четырехсот двадцати одного гена хМНС играет важную роль в работе нашей иммунной системы. В 1999 году Роджер Докинз с коллегами из Университета Западной Австралии провели глубокое и детальное изучение областей генома, соседствующих с МНС и включающих его, и установили: эти области произошли посредством дублирования простых древних генных структур, развившихся впоследствии в пять различаемых теперь классов МНС[71]. При дальнейших исследованиях австралийские ученые выяснили, что, например, блок генома, содержащий ген HLA-A — тот самый, который участвует в коэволюциии с ВИЧ-1, — содержит десять идентичных генных блоков и в каждом есть последовательности МНС первого класса, тесно ассоциированные с HERV-16.
Австралийские ученые предложили модель эволюции МНС, в которой важнейшую роль играют ретровирусы, — и это вполне согласуется с гипотезой Вильярреала о роли вирусов в эволюции биологической самости. Они также упомянули возможность полезной и даже защитной роли HERV для нашей иммунной системы и сделали вывод: если последовательности HERV в самом деле могут защищать организм, то открываются богатые возможности для терапии с их использованием.
Коль скоро человеческая хМНС содержит множество существенных для нашей иммунной системы генов, то неудивительна ее связь с десятками и сотнями разнообразных заболеваний. Но лишь малое их число связано с определенными генами. Например, анкилозирующий спондилоартрит связан с геном HLA В27, диабет первого типа — с генами DRB1, DQA1 и DQB1, а целиакия, или глютеновая болезнь, — с генами HLA-DQ2 и HLA-DQ8. Генетическая подоплека многих других заболеваний — таких, например, как волчанка, — более сложна. Вероятно, многие аутоиммунные заболевания — например, диабет первого типа, аутоиммунная тиреоидная болезнь, болезнь Аддисона, волчанка и миастения тяжелая псевдопаралитическая — связаны не с определенным геном (или генами), но с определенными комбинациями генов в областях, окружающих МНС.
Уже известно: вирусы могут провоцировать аутоиммунность у животных. Некоторые исследователи полагают, что вирусы способны маскироваться под антигены животного, и потому, когда включается иммунная система, она повреждает и собственные ткани животного. В 1997 году ученые из Швейцарии и Италии, работающие над совместным проектом, сообщили: эндогенный ретровирус HERV-K10 кодирует суперантиген, могущий служить причиной диабета первого типа. Суперантигены — это токсины вирусного и бактериального происхождения, действующие на иммунную систему и провоцирующие ее преувеличенную и чрезмерную реакцию. Правда, оговоримся, что результаты этой группы были оспорены несколькими другими группами, сделавшими вывод о необходимости более тщательных экспериментов.
Другие ученые, исследовавшие проблему суперантигенов, обратили внимание на связанные с HERV-K последовательности, найденные в панкреатических островках диабетиков. Эти последовательности были недавно идентифицированы как env ген HERV-K18. Известно — этот ген кодирует суперантигены. Третьи ученые показали; производство суперантигенов HERV-K18 может быть спровоцировано химическим соединением интерфероном-альфа, тесно связанным с реакцией организма на воспалительные процессы. Это соединение вызывает быстрый рост числа Т-лимфоцитов того типа, который связан с вызванными инсулиновой недостаточностью диабетами. Интерфероны — главные регуляторы иммунного отклика на вирусную инфекцию. Потому корреляция между суперантигеном и интерфероном указывает на способ, которым прибывший извне чужеродный вирус может спровоцировать опосредованное HERV производство суперантигенов, приводя к чрезмерной реакции иммунной системы в определенных органах.
Мне хотелось бы сказать подробнее о двух распространенных болезнях — рассеянном склерозе и волчанке.
В 1997 году французский ученый Эрве Перро, в чью группу входили исследователи из Лондона и Гренобля, сообщил о молекулярной идентификации нового ретровируса, выделенного у больных, страдающих рассеянным склерозом[72]; его обозначили как «ретровирус, ассоциированный с рассеянным склерозом», или MSRV. Впоследствии этот вирус идентифицировали как эндогенный вирус, принадлежащий к семейству HERV-W — тому самому, что включает HERV, кодирующий синтицин 1 в плаценте. Простоты ради я буду называть его «MS-вирус». Четыре года спустя эта же группа авторов показала: env-ген этого вируса провоцирует мощный Т-лимфоцитный иммунный отклик, возможно весьма существенный для иммунопатологического действия MS-вируса. Тип отклика указывал на возможную роль env-гена как суперантигена. Год спустя эта же группа ввела найденный вирус в брюшную полость лабораторной мыши и спровоцировала обширный иммунный отклик. Мышь погибла от летального мозгового кровотечения. Но складывавшуюся ясную картину несколько затемнили результаты польских исследователей, показавших наличие MS-вирусов в крови пациентов с другими нервными заболеваниями и даже у здоровой контрольной группы. Картина еще более разупорядочилась, когда датские исследователи обнаружили связь между MS-вирусом и парой других эндогенных ретровирусов: HERV-H/RGH — одним из двух ретровирусов, еще способных производить вирусные частицы в тканях, и ERV-9.
По данным группы Перро, экспрессия MS-вируса гораздо выше в областях мозга, поврежденных склерозом, — так называемых «бляшках». В 2002 году группа итальянских исследователей подтвердила экспрессию генных транскриптов MS-вируса в здоровом мозге и показала усиленную в двадцать — двадцать пять раз экспрессию у пациентов с рассеянным склерозом вкупе с мощной иммунореактивностью к вирусу в поврежденных областях. Выяснилось, что экспрессия происходит не в самих нервных клетках, а в клетках воспомогательных, известных как «микроглии» и «астроциты». Наиболее интенсивное окрашивание было обнаружено у астроцитов в самом центре пораженных областей. Несомненно, это очень значимая находка — хотя и не окончательное доказательство того, что MS-вирус является причиной болезни[73].
