Возбудитель мозаичной болезни стал первым вирусом, который удалось увидеть в электронный микроскоп. За ним последовало бесчисленное множество других. Сегодня нам известно много различных вирусов, которые встречаются практически везде.
По-видимому, на нашей планете нет ни одного живого организма, который не являлся бы целью вирусов. От бактерий и табачного листа до слона – никто не способен уберечься от них. Вирусы считаются самыми успешными и распространенными биологическими объектами. С ними никто не может сравниться. Пожалуй, их можно назвать тайными повелителями нашей планеты.
Возможно, вас немного удивило словосочетание «биологические объекты». Не проще ли было назвать вирусы живыми организмами? В том-то и дело, что, с точки зрения биологов, для этого вирусам недостает одного очень важного аспекта: у них нет собственного обмена веществ и рибосом (которые необходимы, чтобы производить белки на основе РНК). Это значит, что они не получают питания из окружающей среды и не могут самостоятельно размножаться. Однако вирусы являются признанными мастерами манипуляций! Для размножения они используют клетки организма-хозяина. Проникнув внутрь, они осуществляют их перепрограммирование, чтобы клетки начали производить новые вирусы. Поэтому вирусы мозаичной болезни табака могли неделями и месяцами плавать в питательных бульонах Майера, Ивановского и Бейеринка, никак себя не проявляя. Бактерии в подобных условиях вели бы себя подобно акулам в бассейне с куриными окорочками.
Если вы зачерпнете стакан воды из моря, в нем окажется примерно три миллиарда вирусов (то есть около десяти миллионов на миллилитр), и каждый из них пытается найти себе подходящую жертву: бактерию, водоросль, рыбу, морской огурец и все прочее, что только водится в морях.
Итак, вирусы, в соответствии с определением не могут считаться живыми организмами. Они не живые… но и не мертвые. И это предоставляет нам ряд интересных возможностей для создания необычных речевых оборотов: «Дружище! Что это у тебя нос так распух и покраснел?» «На меня напали невидимые живые мертвецы».
Оригинально, но не исключено, что после такого ответа вас нарядят в смирительную рубашку и отправят в психушку, где вы сможете устроить дискуссию по поводу научного определения вирусов.
Если вы пришли к заключению, что жизнь в клетке бьет ключом, то мы должны сообщить: это только цветочки. Все, что было рассказано ранее, напоминает покой осеннего сада, нарушаемый только шелестом падающей листвы. А вот за свежепокрашенным забором клеточной мембраны вас ожидают настоящие джунгли, где водятся по-настоящему дикие гены. Там начинается мир вирусов.
Начнем с самого простого: все живые организмы (бактерии, археи, тетя Хедвиг и табак) имеют геномы, состоящие из двух нитей ДНК, закрученных в спираль Уотсона и Крика. А что же вирусы? Они хранят свою наследственную информацию во всем, что им только под руку подвернется. Конечно, среди них найдется несколько экземпляров, которые ведут себя подобно нам и тоже имеют две нити ДНК. Но есть и такие, которые говорят: «Да бросьте вы, одной нити будет вполне достаточно!» Это наводит на мысль о пресловутом одноногом конькобежце, но такая система действует! А кто-то вообще обходится без ДНК и предпочитает скоростной вариант с использованием матричной РНК в качестве носителя наследственной информации. В этом случае при заражении клетки сразу же считывается РНК вируса и начинают производиться его белки. Быстрее не придумаешь. Среди вирусов встречаются и вольнодумцы, которые делают все наоборот и используют в качестве носителя наследственной информации РНК, представляющую собой зеркальное отражение мРНК. На первый взгляд не самое умное решение, но эти вирусы одновременно приносят с собой специальные белки, с помощью которых «негатив» РНК моментально превращается в мРНК. И, разумеется, существуют вирусы, геном которых представляет собой обычную двойную спираль РНК.
И это еще не вся палитра. Встречаются вирусы, чье решение заключается в отсутствии решений. Они переносят свою наследственную информацию из РНК в ДНК и тут же обратно. С собой они носят то РНК, то ДНК. Создается полнейший хаос. Кто все это придумал? Пока гены в клетках смирно сидят за забором со своими двойными спиралями ДНК, снаружи буйствуют сумасшедшие вирусы и делают все, что им в голову взбредет!
Но, прежде чем морщить нос и укоризненно качать головой, стоит вспомнить, что несколько таких же взбунтовавшихся генов мы можем отыскать и в собственном геноме. В первую очередь следует упомянуть ретротранспозоны. С помощью реверсивной транскриптазы они переводят считанную со своих генов РНК в ДНК и встраивают эту новую копию в какое-то другое место генома. Совершая такие прыжки внутри клетки, они, видимо, краем глаза все-таки поглядывают с тоской за клеточную мембрану и мечтают о необъятном мире за забором.
Многие ученые исходят сегодня из того, что, по крайней мере, один транспозон в далеком прошлом действительно вынашивал конкретный план побега. Сравните эту ситуацию с побегом из тюрьмы. Сначала необходимо отыскать путь на волю. А когда это удастся, неплохо бы иметь подходящее снаряжение, чтобы замести следы: одежду для переодевания, фальшивые документы и т. п. Кроме того, надо все продумать еще на шаг вперед и запланировать взлом очередной клетки, поскольку гены могут размножаться только там…
Непростая задачка! Чтобы все это реализовать, наш шустрый ретротранспозон должен был бы прихватить с собой еще пару генов, которые обеспечили бы ему защитный белковый панцирь (капсид), окутывавший РНК беглеца. По пути наружу капсид дополнительно оборачивался в оболочку из клеточной мембраны (своего рода маскировочный халат).
Чтобы представить себе этот процесс, вспомните, как пускают мыльные пузыри. Вы дуете на мыльную пленку, пузырь надувается и отделяется от трубочки, а пленка сразу после этого снова затягивается. Разница лишь в том, что в нашем случае внутри пузыря упакован ген-беглец. В клеточной оболочке после образования пузыря не возникает никакого отверстия. Она может образовывать несколько таких пузырей без нарушения собственной целостности. Эти пузыри без содержимого называются вирусоподобными частицами.
На мембране расположены специальные белки, служащие как бы фальшивым пропуском, с помощью которого странствующие гены могут попасть в новую клетку. Ведь только в этом случае они могут размножиться и продолжить свое путешествие.
Предполагается, что именно так или примерно так из ретротранспозонов могли появиться первые простейшие ретро-вирусы.
К числу более продвинутых ретровирусов, с которыми нам сегодня приходится иметь дело, относятся лентивирусы, которые кодируют еще несколько дополнительных генов. Их заслужившим недобрую славу представителем является ВИЧ, вызывающий синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). ВИЧ содержит в общей сложности всего девять генов, однако с их помощью он справляется с 20 тысячами наших генов и успешно сопротивляется медицинским исследованиям, длящимся уже свыше 30 лет. Это впечатляет и одновременно пугает.
Итак, мы можем достаточно хорошо представить себе, как в свое время могли появиться ретро- и лентивирусы. А что с остальными вирусами? Откуда взялись те из них, которые не содержат реверсивной транскриптазы, обладают ДНК и размножаются совершенно иначе? На этот счет имеется три основные теории, из которых вы можете выбрать себе фаворита.
Кандидат № 1: теория древних пиратов. В данном случае ученые исходят из предположения, что вирусы являются пережитками древнего мира РНК. В то время (еще до появления клеток) строительные материалы для жизни создавались химическим и физическим путем за счет ударов молний и падений комет. Первые самовоспроизводящиеся РНК добывали все необходимое из весьма жиденького первичного бульона. Этого было явно недостаточно. Но и лежать, разинув рот, под деревом, ожидая, когда в него упадут вишни, тоже не имело смысла. Некоторым РНК в конце концов надоело ждать, и они начали самостоятельно производить энзимы и составные элементы РНК, ДНК, белков и т. д. У них появился собственный обмен веществ, и они превратились в первые клетки. Это было гениально. Особенно обрадовались те, кто не любил утруждать себя работой и пачкать руки. Они отложили в сторону ложки, которыми хлебали первичный бульон, и взялись за ножи, чтобы стать пиратами. Они нападали на первые клетки, отнимали у них все, что им требовалось, и в конце концов превратились в вирусы.
