Возможности для увеличения разнообразия у вирусов очень велики. Например, у вируса одной мутацией в среднем сопровождается создание каждой копии. А ведь всего одна зараженная клетка может дать многие тысячи вирусных частиц. Какой же урожай вариантов получается при атаке организма с его триллионами клеток! Немудрено, что среди мутантов появляются формы, устойчивые к любым лекарствам и проникающие через любой иммунитет, приобретенный при вакцинации. Но вирусы на этом не останавливаются. Для увеличения разнообразия у них есть еще один механизм, который активно провоцирует перестройки генома – путем рекомбинации при копировании РНК.
Нельзя умолчать еще об одном РНК-содержащем вирусе, тоже родом из Центральной Африки: о вирусе иммунодефицита человека (ВИЧ). Относится он к группе, имеющей огромное значение для эволюции, – к ретровирусам. А значение заключается в том, что ретровирусы обладают способностью изменять «святая святых» живой материи – генетический код хозяина. Особый фермент ревертаза позволяет им синтезировать ДНК на основе вирусной РНК. Так в клетке появляется «лжепрограмма» (провирус), которая изменяет геном гораздо сильнее, чем это возможно при «нормальной» эволюционной изменчивости. Нередко ретровирусы (например, хорошо изученный вирус саркомы Рауса) провоцируют образование опухолей.
В организме человека ретровирус ВИЧ поражает только определенные клетки – так называемые Т4-лимфоциты, связываясь с особым белком мембраны. На беду, именно эти клетки играют основную роль в управлении иммунной системой. Внедряясь, вирус вводит свою РНК, па матрице которой синтезируется ДНК провируса, чтобы затем встроиться в геном клетки-хозяина. В этом качестве ВИЧ может присутствовать в организме до десяти лет, никак себя не проявляя. Но если под действием каких-то других инфекций лимфоциты активизируются, встроенный участок «просыпается» и начинает активно синтезировать частицы ВИЧ. Тогда вирусы разрушают мембрану и убивают лимфоциты, что приводит к разрушению иммунитета. Коварство ВИЧ в его необычайно высокой способности к мутациями – что делает невозможным создание эффективной вакцины и универсального лекарства.
Но неужели у ВИЧ нет уязвимых мест? Есть, как и у всякой формы жизни. Профессор В.А. Островский из Санкт-Петербурга называет две главные мишени ВИЧ, на которые следует нацеливать лекарства от СПИДа. Первая мишень – уже упомянутый фермент ревертаза (или обратная транскриптаза). Ее можно поразить, если при синтезе ДНК провируса ввести в клетку «бракованный» нуклеотид, который застопорит процесс. Сегодня создано множество вариантов таких «аномальных» нуклеотидов, играющих роль «троянского коня» для ВИЧ. Это решение раскрывает суть нового направления науки, которое биохимик, профессор Д.Г. Кнорре называет антисмысловой технологией. Раз вирус вносит чужеродную информацию, «лжепрограмму», следует ответить ложью на ложь, создав помехи для работы этой программы. Например, ввести синтетический участок нуклеиновой кислоты, комплементарный важному участку вирусного генома.
Вторая мишень ВИЧ – фермент протеаза, которая «нарезает» короткие полипептидные цепи на этапе сборки вирусных частиц. Препараты, подавляющие этот процесс, относятся к новому поколению лекарств. Их задача – разрушить структуру протеазы. Этот фермент напоминает две кисти рук. сплетенные пальцами. Процесс его сборки можно «обмануть», предложив вместо второй «кисти» молекулярную подделку. Говорят, создание таких молекул сродни труду скульптора.
Сегодня на рынке лекарств есть те и другие препараты, и их применение (особенно в комплексе) дает неплохой эффект. Благодаря им СПИД уже не столь грозен, как раньше. Проблема в другом: полный курс терапии необычайно дорог – иногда до сотни тысяч долларов. Это лишает шансов на полноценное лечение пациентов из развивающихся стран, где сосредоточено большинство (около 80%) ВИЧ-инфицированных людей. Сегодня ВИЧ унес уже больше жизней, чем две мировые войны XX века, и ежедневно поражает порядка 10 тысяч человек.
Все относительно в антропологическом «космосе». Тридцать миллионов ушло – а народился миллиард. Филовирусы унесли несколько тысяч, вызвав великий страх, а вот автомобили уничтожили миллионы людей – но в панику никто не ударяется. Настоящей же косой смерти являются не такие «страшилки», как ящур, прионы или лихорадка Эбола, а самый, казалось бы, привычный грипп, эпидемии которого несут огромные опустошения (в первую очередь, за счет осложнений на сердце). Или, например, «обычная» желтуха: по данным ВОЗ, гепатитом В сегодня заражены более миллиарда людей, и более двух миллионов умирают ежегодно. Куда там какой-нибудь лихорадке леса Семлики!
Есть повод для паники или нет – каждый пусть судит по-своему. Для меня же наступление вирусов означает одно: несмотря на все достижения цивилизации, человек далеко еще не отгородился от природы и продолжает испытывать мощное давление эволюции. На страницах «Знание – сила» уже неоднократно упоминалось влияние вирусов на эволюцию, в том числе и человека. Как же это происходит? Один из механизмов прекрасно объяснил Н.Н. Воронцов в своей книге «Развитие эволюционных идей в биологии». Вирусы способны вызывать мутации в геноме, причем достаточно однообразные. Прокатываясь через территорию распространения вида, вирусные пандемии оставляют за собой целый шлейф хромосомных мутаций, частота которых повышается на несколько порядков. Численность вида снижается, а единый ареал распадается на изоляты. В этих условиях носители новых мутаций оказываются не уникумами, а почти равноправными членами небольших популяций. Таким образом, модель развития геномных перестроек под влиянием вирусов гораздо реалистичнее, чем постепенное закрепление единичных мутаций путем отбора.
Возможно, именно такие вирусные атаки направили эволюционный путь к человеку. Как известно, гамета человека содержит 23 хромосомы, а шимпанзе – 24. Н.Н. Воронцов полагает, что скорее всего здесь произошло слияние двух хромосом. Такой качественный скачок стал причиной генетической изоляции непосредственных предков человека. И произошло это в главном «тигле» эволюции человека – на Африканском континенте. Африка и сегодня служит резервуаром множества вирусных инфекций, время от времени выпускающим их, словно ящик Пандоры. Достаточно сказать, что шоссе, пересекающее континент от Кении до Конго, называется «дорогой СПИДа», поскольку ВИЧ (которым заражено до десяти процентов населения стран Центральной Африки) присутствует в крови почти у каждой обслуживающей это шоссе проститутки. Африканская чаша хранит бесчисленные формы вирусов – уже известных и пока еще неведомых, хранит в популяциях не только людей, но и обезьян (равно как и прочих животных). И на успехи науки природа отвечает успехами эволюции инфекций.
Для нас вирусы – враги, источник болезней. Но на их возникновение можно взглянуть и так: «одичавшие гены» были сотворены ради прогресса эволюции. В их присутствии эволюция протекает гораздо быстрее и сложнее, чем это предусмотрено обычными «дарвиновскими механизмами». Одичавшие гены? Разве вирусы не самые древние и примитивные существа? Нет, предполагают, что они гораздо моложе клеточных форм жизни и что их предками стали плазмиды, обладающие кодом белкового футляра и механизмом размножения. Действительно, клеточный геном содержит немало «паразитической» ДНК и РНК в виде плазмид и так называемых вироидов, которым до «вирусного» качества буквально один шаг.
Поскольку вирусы могут переносить информацию из одного генома в другой, наши представления об эволюции должны в корне измениться: она скорее напоминает мангровые заросли, чем стройный тополь. Причем перенос генов связывает не только близкие ветви – виды, роды, но даже… отдельные царства. Это неудивительно: ведь организмы не существуют «сами по себе», а буквально нашпигованы бактериями, грибами, червячками и прочими симбионтами. И дистанция для переноса генной информации может составлять всего-то микроны. Может быть, этим отчасти объясняется тот факт, что сходные ретровирусы есть у дрожжей, насекомых и млекопитающих, а у человека есть гены, роднящие его с… табаком.