Виролюция

15. В конце пути

Во введении к этой книге я пригласил вас, читатель, отправиться со мною в необычное путешествие. Надеюсь, теперь вы увидели своими глазами, насколько оно удивительно и познавательно, насколько экзотично — и отчасти даже пугающе в частях, касающихся эпидемий и болезней. Надеюсь, я сумел изменить ваше представление об эволюции и могучих силах, приведших к созданию человеческого генома. Вполне может быть, я не вполне сумел преодолеть ваши сомнения, возможно, у вас сложилось свое мнение о том либо ином. Это ваше право. Я не проповедник, требующий слепого доверия. Моя цель — последовательное, логичное научное объяснение, подкрепленное экспериментальными данными. Вполне возможно, из приведенных мною данных вы извлекли больше, чем я. Конечно же, я не был и не мог быть вашим единственным проводником по стремительно меняющемуся миру эволюционной биологии и сопряженных областей — в этой книге я представил вам других проводников — крупных ученых, куда более меня сведущих в своих научных сферах.

Самые запоминающиеся, лучшие путешествия — те, из которых не хочется возвращаться. А это путешествие не окончено и, надеюсь, не окончится никогда. Несравненная Мэрилин Руссинк положила начало объединению двух обширных областей — симбиоза и вирусологии, и активное взаимодействие их только начинается. Полагаю, взаимодействие это будет углубляться и расширяться, изучение эволюции вирусов в животном мире даст много новых и чрезвычайно увлекательных результатов. Впереди еще хватает загадок. Например, неясна роль горизонтального переноса генов в одноклеточных формах жизни, или «Кембрийский взрыв», когда, по эволюционным меркам мгновенно, возникло биоразнообразие на Земле. Великая тайна, очень меня интригующая, — это кардинальное изменение формы и поведения, известное как метаморфоз. Оно хорошо известно у насекомых, но в куда меньшей степени изучено у морских животных, где оно гораздо основательнее и экзотичнее. Загадочно и эволюционное происхождение вирусов, наверняка неразрывно связанное с эволюцией живого в целом.

В процессе написания этой книги я много взаимодействовал с коллегами, обсуждая новые идеи и обмениваясь ими. Многостороннее сотрудничество такого рода возникло после прочитанного мною доклада на конференции вирусологов, организованной Руссинк в Нобелевском фонде, в Ардморе, штат Оклахома. Одна из сессий этой конференции была посвящена симбиозу с вирусами. Среди заинтересовавшихся моим докладом была Клаудия Бандеа, работающая в Национальном центре инфекционных заболеваний (Центр по контролю и профилактике заболеваний, Атланта).

Двадцать пять лет назад Бандеа сформулировала весьма оригинальную теорию о природе вирусов, которой я весьма серьезно заинтересовался. Читатели, полагаю, вспомнят, что в начале этой книги я утверждал: истинная биологическая природа вирусов раскрывается лишь тогда, когда вирус вторгается в клетку естественного для этого вируса носителя, и лишь во взаимодействии с нею вирус проявляет себя живым существом. Так вот, теория Бандеа представляет собой развитие этой идеи. Исторически вирусы определялись через их компоненты, способные заражать. Бандеа доказывает, что это — результат искажения и непонимания истинной природы вирусов, и это непонимание поставило вирусы и вирусологию на периферию биологической науки. Для Бандеа наиболее интересной и полноценной является та стадия жизни вируса, когда он в клетке-носителе высвобождает свой геном и тот соединятся с геномом носителя. Именно тогда вирусные гены, протеины и контрольные последовательности выражаются наиболее полным образом в борьбе за создание потомства — новых вирусов. В этой стадии вирус преображается в некое молекулярное существо внутри клетки-носителя. По определению Бандеа, вирус становится «молекулярным организмом»[165]. В поддержку своей теории Бандеа предлагает эволюционную модель происхождения древних вирусов от одноклеточных паразитов, потерявших мембрану и клеточные структуры, чтоб иметь возможность существовать внутри клетки-носителя.

Мне нравятся те, кто смело предлагает новые идеи, — без них наука была бы обречена на стагнацию. Мне в особенности понравилась идея о принципиальной важности внутриклеточной стадии жизни вирусов. Хотя я считаю стадию существования вируса вне клетки тоже важной, несомненно, что вирус можно понять как форму жизни, лишь рассматривая его взаимодействие с носителем. Я написал Эккарту Уиммеру — вирусологу, воссоздавшему вирус полиомиелита из простейших химикалий и записавшему его химическую формулу, — о проблеме определение «живости» вируса, и Уиммер согласился с наличием двух разных стадий жизненного цикла вирусов. Первая стадия — «инертная фаза», когда вирус существует вне хозяина в виде частицы, и вторая — «фаза жизни», когда вирусы внутри клетки-носителя присоединяют свой геном к ее геному.

«Когда меня спрашивают, живые вирусы или нет, — написал мне он, — я отвечаю просто „да“— они и то, и другое».

Сходного мнения придерживается и французский вирусолог Жан-Мишель Клавери. Я согласен с ним в том, что старомодное отрицание «живости» вирусов и — что еще хуже — оставление за ними лишь роли молекулярно-биологических инструментов для исследования генома очень мало дают для понимания вирусов и их биологической роли. Цитирую Клавери: «После признания большинством биологов неживыми и отнесения на периферию биологии вирусы заслуженно вернули себе внимание. Возможно, они сыграли принципиально важную роль в развитии эукариотической клетки (то есть клетки с ядром, свойственной протистам, грибам, растениям и животным). Они могли быть причиной разделения организмов на три главных царства живого»[166].

Да, вирусы снова в центре внимания. Глубокий мыслитель Патрик Фортер, директор Отделения микробиологии Института Пастера в Париже, в серии блестящих статей доказывал: обилие и разнообразие вирусов, в особенности в море, указывают на важность вирусов для баланса биосферы. Патрик Фортер — один из немногих, способных объяснить нам, что же происходило в «мире РНК» — этот мир, как считают сейчас многие исследователи, существовал до «мира ДНК» клеточных форм жизни. Посредством структурного и генетического анализа Патрик Фортер объясняет эволюционный переход от одного мира к другому, осуществившийся при очень интенсивном взаимодействии конкурирующих молекул и вирусов, а также иллюстрирует вопрос существования последнего универсального общего предка[167]. В других статьях он обсуждает удивительные недавно открытые вирусы, включая гигантский вирус «Мими», паразитирующий на амебах. Геном этого вируса состоит более чем из тысячи генов. Вкупе с большим количеством белков, содержащихся в этом вирусе, он превышает размерами некоторые малые бактерии. А вирусы, поселяющиеся в странных микробных формах жизни, известных как «археи», странностью не уступают носителям. Как пишет Фортер, секвенирование генома поражающих археи вирусов обнаружило: значительная часть их генов (а иногда и все вообще) не встречается больше ни у какой формы жизни. На их примере мы в очередной раз убеждаемся: вирусы развились отнюдь не путем «хищения» генов у носителей. Как и Вильярреал, Фортер подтвердил: большинство вирусных генов, где бы они ни встречались в природе, свойственны именно вирусам — хотя есть все растущие доказательства в пользу того, что вирусы даже очень удаленных эволюционных ветвей интенсивно обменивались генами друг с другом в процессе эволюции.

Фортер также согласен с Вильярреалом в том, что вирусы развивались параллельно с носителями. При этом он представил весьма впечатляющую информацию о влиянии вирусов на развитие клеточных форм жизни — от бактерий до людей. Отталкиваясь от теории Фортера, можно сделать смелое предположение, что переход от мира РНК к миру ДНК произошел именно вследствие действия вирусов и процесс репликации ДНК, различный для трех разновидностей живого — археев, бактерий и ядерных клеток, — был определен именно разновидностями древних вирусов. Выходит, что мельчайшие из живых организмов — крошечные эволюционные сущности вирусы — могли сыграть столь великую созидательную роль в происхождении и разнообразии живого на Земле. Таким образом, в конце нашего путешествия открываются перспективы новых исследований и нового знания. Я считаю, что для понимания эволюционного процесса в природе необходимо сначала понять и узнать — в общем и в малых деталях — все возможности изменения живого организма. Только тогда мы окажемся способными судить, какой именно эволюционный механизм (либо сразу несколько) работает в данном конкретном случае. Этот взгляд не противоречит полученным ранее результатам и выводам. Скорее, опираясь на предыдущие взгляды и концепции, он развивает их и предлагает более широкое понимание всего спектра сил и возможностей изменения живого, изучаемого современной эволюционной биологией.

В этой книге я старался ясно обозначить, что эволюцию двигают именно те силы, которые формируют генетическую и эпигенетическую подоплеку заболеваний. Я попытался объяснить, как знание о различных механизмах геномной деятельности теоретически и практически применяется в медицине, помогая объяснить генетические и эпигенетические причины огромного числа человеческих заболеваний — равно как и заболеваний растений и животных.

Я пишу эти строки в надежде на скорое явление новой блестящей медицинской перспективы — подхода, основанного на понимании устройства человеческого генома и его происхождения с эволюционной точки зрения, на понимании роли вирусных частей этого генома, занимающих огромную его часть.

Я верю в явление такого подхода. Чтобы обозначить возможности его появления, я старался особо сконцентрироваться на болезнях, поражающих большинство из нас. Мы уже видели, как различные механизмы, помещаемые под общее определение «геномной креативности», дают широкое и отчетливое понимание механизмов геномной изменчивости. Благодаря этому пониманию врачи теперь могут изучать эти механизмы во взаимодействии и по отдельности и использовать полученное знание для исправления вызывающих болезни дефектов на самом глубинном уровне. К этому исследователи шли по меньшей мере два десятилетия, и лишь в последнее время прогресс ускорился благодаря распространению новых техник молекулярного анализа.

Конец путешествия все-таки означает возможность отойти в сторонку, присесть и поразмыслить спокойно над своими впечатлениями. Изредка в науке случается так, что единственная идея кардинально изменяет целую отрасль. Примеры: теория гравитации Ньютона, затем теория относительности Эйнштейна, ДНК-революция, произведенная открытием Уотсона и Крика, концепция естественного отбора, выдвинутая Дарвином столетием ранее. Последней пришлось эволюционировать в синтетическое учение, объединившее естественный отбор с генетикой Менделя и мутациями как источником передающихся по наследству изменений. Я считаю, что и этот синтез теперь нуждается в модификации.

В наше время биологи-эволюционисты признали важность дополнительных механизмов генетических изменений, различные факторы, объединенные мною под общим названием «геномной креативности» и способные производить мелкие и крупные наследуемые генетические и эпигенетические изменения. Помимо мутаций, остающихся во всеобщем мнении чрезвычайно мощным механизмом генетической изменчивости посредством ошибок в копировании генома при делении клеток, важную роль играют симбиогенез, гибридогенез и эпигенетическое наследование. Для упрощения понимания и запоминания я позволил себе составить таблицу различных механизмов геномной креативности, наглядно иллюстрирующую различия между механизмами наследственных изменений генома. Подчеркну еще раз очевидное: для работы естественного отбора необходимы механизмы внесения в геном изменений и передачи их по наследству. Но с другой стороны, без стабилизирующего эффекта естественного отбора силы геномной креативности привели бы к хаосу. И отбор, и механизмы изменений равно важны — одно без другого не может работать.

Зададимся же вопросом: как же в свете наших новых взглядов выглядит знаменитое дарвиновское эволюционное «древо жизни»?

В июле 1837 года Чарлз Дарвин завел «маленькую записную книжку в коричневом переплете», в которой записывал соображения по поводу «трансмутации» — о том, что мы сейчас понимаем под «эволюцией». Его заметки со временем стали основанием нынешней концепции эволюции, предлагая первое состоятельное объяснение возникновения жизни, ее последующего изменения и распространения от древнейших времен до нынешнего разнообразия. В той же книжке Дарвин набросал генеалогическую историю животных и растений, изобразив ее в виде могучего дуба. Окаменелости — остатки вымерших видов — его отпавшие ветки, а ствол — предполагаемый последний универсальный общий предок, первоисточник всей нынешней жизни. Это дерево было перерисовано и воспроизведено мириады раз — в книгах и статьях, в школьных классах и университетских аудиториях. Мы называем его «древо жизни». И возможно, именно вследствие наблюдений за силами, приведшими к созданию этого древа, за взаимоотношениями его ветвей мы и пришли к пониманию геномной креативности — в самом широком смысле этого термина.

С возникновением генетического секвенирования, примененного впервые к микробным формам жизни, генетики-эволюционисты обнаружили, что бактерии и археи не просто разделенные крупные ветви. По словам Грэхэма Лотона, написавшего обзорную заметку в «Нью сайнтист», бактерии и археи запросто обменивались генетическим материалом, так что «аккуратное деление на ветви быстро дегенерировало в непроходимую чащу родственных связей, причем многие виды оказывались в одних отношениях близкородственными, а в других — далекими»[168]. Гибридизация — важная эволюционная сила у растений, и сейчас все более растет убеждение в важности ее как эволюционной силы для животных, так что и здесь вместо ясного ветвления эволюционного древа наблюдается тенденция к превращению в непроходимую чащу. А если еще добавить влияние симбиогенеза, то мы обнаружим сросшиеся ветви, исходящие из очень далеко расположенных сучьев. Сейчас уже очевидно: биологи, а в особенности биологи-эволюционисты не должны игнорировать вирусы. И потому мы должны как-то отобразить симбиотические вирусы на древе жизни — возможно, как некое туманное роение, размывающее контуры корней, ствола, ветвей — и так до последнего листочка.

Возможно, нам следует изображать дарвиновское древо не кряжистым дубом, а, скорее, старейшим на Земле деревом — узловатой, древней, остистой сосной, напряженно борющейся за жизнь на голой скале. Это величественное, огромное дерево, его корни переплетены, они всевозможных форм и очертаний, их пронизывает мицелий вездесущих грибов. И, произрастая от такой сложной основы, стремятся вверх гротескно искаженные, деформированные ствол и ветви, с многажды обломанными в жестоких зимних бурях и сросшимися заново телами, с обнаженной золотистой сердцевиной, искривленной и бугристой, словно края водоворота, наводненной полчищем вирусов, проникших в ее самую суть, в непостижимую глубину, ставших неотъемлемой частью дерева. Но, несмотря на все это, древо жизни могуче и непобедимо, оно растет и развивается, и оно воистину полно жизнью.