Почему миру нужны вирусы?
Если бы все вирусы исчезли, мир был бы совсем другим - и не обязательно к лучшему. Но что именно произойдет?
Рэйчел Нувер 18 июня 2020
Кажется, что вирусы существуют исключительно для того, чтобы сеять хаос в обществе и приносить страдания человечеству. На протяжении тысячелетий они стоили неисчислимых жизней, часто уничтожая значительную часть населения мира - от эпидемии гриппа 1918 года, унесшей жизни от 50 до 100 миллионов человек, до примерно 200 миллионов , умерших от оспы только в 20 веке. Нынешняя пандемия Covid-19 - лишь одна из продолжающихся и нескончаемых смертельных вирусных атак.
Если бы им дали возможность волшебным образом взмахнуть палочкой и заставить все вирусы исчезнуть, большинство людей, вероятно, ухватились бы за эту возможность, особенно сейчас. Однако это было бы смертельной ошибкой - более смертоносной, чем любой вирус.
«Если бы все вирусы внезапно исчезли, мир был бы прекрасным местом примерно на полтора дня, а затем мы все умерли бы - вот и все», - говорит Тони Голдберг, эпидемиолог из Университета Висконсин-Мэдисон. «Все самое важное, что они делают в мире, намного перевешивает все плохое».
Подавляющее большинство вирусов не являются патогенными для человека, и многие из них играют важную роль в поддержании экосистем. Другие поддерживают здоровье отдельных организмов - от грибов и растений до насекомых и людей. «Мы живём в равновесии, в идеальном равновесии», и вирусы являются частью этого, - говорит Сусана Лопес Чарретон, вирусолог из Национального автономного университета Мексики. «Я думаю, мы бы обошлись без вирусов».
Некоторые вирусы поддерживают здоровье грибов и растений.
Большинство людей не осознают роль вирусов в поддержании большей части жизни на Земле, потому что мы склонны сосредотачиваться только на тех, которые вызывают проблемы человечеству. Почти все вирусологи изучают исключительно патогены; только недавно несколько бесстрашных исследователей начали исследовать вирусы, которые поддерживают нас и нашу планету, а не убивают нас.
«Это небольшая школа ученых, которые пытаются дать справедливый и сбалансированный взгляд на мир вирусов и показать, что существуют такие вещи, как хорошие вирусы», - говорит Голдберг.
Что ученые знают наверняка, так это то, что без вирусов жизнь и планета, как мы ее знаем, перестали бы существовать. И даже если бы мы захотели, вероятно, было бы невозможно уничтожить все вирусы на Земле. Но, представив себе, каким был бы мир без вирусов, мы можем лучше понять не только то, насколько они важны для нашего выживания, но и то, сколько нам еще предстоит узнать о них.
Во-первых, исследователи не знают, сколько вирусов вообще существует. Тысячи были официально засекречены, но могут быть миллионы. «Мы обнаружили лишь небольшую часть вируса, потому что люди не особо смотрели», - говорит Мэрилин Руссинк, вирусный эколог из Университета штата Пенсильвания.
«Это просто предвзятость - наука всегда была о патогенах».
Ученые также не знают, какой процент от общего числа вирусов опасен для человека. «Если посмотреть численно, то оно будет статистически близко к нулю», - говорит Кертис Саттл, вирусолог-эколог из Университета Британской Колумбии. «Практически все существующие вирусы не являются патогенными для того, что нас волнует».
Ключ к экосистемам
Что мы действительно знаем, так это то, что фаги или вирусы, заражающие бактерии, чрезвычайно важны. Их название происходит от греческого phagein , что означает «пожирать» - и они пожирают. «Они - главные хищники бактериального мира», - говорит Голдберг. «Без них у нас были бы большие проблемы».
Фаги являются основным регулятором бактериальных популяций в океане, а также, вероятно, во всех других экосистемах на планете. Если вирусы внезапно исчезнут, некоторые популяции бактерий, вероятно, взорвутся; другие могут оказаться вне конкуренции и полностью перестать расти.
Это будет особенно проблематично в океане , где более 90% всего живого материала по весу являются микробами. Эти микробы производят около половины кислорода на планете - процесс, запускаемый вирусами .
Эти вирусы убивают около 20% всех океанических микробов и около 50% всех океанических бактерий каждый день. Уничтожая микробы, вирусы гарантируют, что планктон, производящий кислород, имеет достаточно питательных веществ для обеспечения высоких темпов фотосинтеза, в конечном итоге поддерживая большую часть жизни на Земле. «Если у нас нет смерти, значит, у нас нет жизни, потому что жизнь полностью зависит от переработки материалов», - говорит Саттл. «Вирусы так важны с точки зрения утилизации».
Исследователи, изучающие насекомых-вредителей, также обнаружили, что вирусы имеют решающее значение для контроля над популяциями видов. Если определенный вид становится перенаселенным, «вирус выйдет наружу и уничтожит его», - говорит Руссинк. «Это очень естественная часть экосистем». Этот процесс, называемый «убить победителя», характерен и для многих других видов, в том числе для нашего собственного, о чем свидетельствуют пандемии. «Когда популяция становится очень многочисленной, вирусы, как правило, очень быстро размножаются и уничтожают эту популяцию, создавая пространство для жизни всего остального», - говорит Саттл. Если вирусы внезапно исчезнут, конкурентоспособные виды, вероятно, будут процветать в ущерб другим.
«Мы быстро потеряем значительную часть биоразнообразия на планете», - говорит Саттл. «У нас было бы несколько видов, которые просто захватили бы власть и вытеснили все остальное».
Некоторые организмы также зависят от вирусов для выживания или для того, чтобы дать им преимущество в конкурентном мире. Ученые подозревают, например, что вирусы играют важную роль, помогая коровам и другим жвачным животным превращать целлюлозу из травы в сахара, которые можно метаболизировать и в конечном итоге превратить в массу тела и молоко.
Исследователи также считают, что вирусы являются неотъемлемой частью поддержания здорового микробиома в организме человека и других животных. «Эти вещи не совсем понятны, но мы находим все больше и больше примеров такого тесного взаимодействия вирусов, являющихся важной частью экосистем, будь то наша человеческая экосистема или окружающая среда», - говорит Саттл.
Русинк и ее коллеги обнаружили конкретные доказательства, подтверждающие это. В одном исследовании они изучили гриб, который колонизирует определенную траву в Йеллоустонском национальном парке. Они обнаружили, что вирус, поражающий этот гриб, позволяет траве стать устойчивой к геотермальным температурам почвы . «Когда присутствуют все три фактора - вирус, грибок и растение - тогда растения могут расти на действительно горячих почвах», - говорит Руссинк. «Один только грибок этого не делает».
В другом тематическом исследовании Руссинк обнаружил, что вирус, передаваемый через семена халапеньо, позволяет инфицированным растениям отпугивать тлю. «Тлю больше привлекают растения, у которых нет вируса, поэтому это определенно полезно», - говорит Руссинк.
Она и ее коллеги обнаружили, что растения и грибы обычно передают вирусы из поколения в поколение. Хотя им еще предстоит точно определить функции большинства этих вирусов, они предполагают, что вирусы каким-то образом помогают своим хозяевам. «Иначе зачем растениям цепляться за них?» - говорит Русинк. Если все эти полезные вирусы исчезнут, растения и другие организмы, в которых они находятся, вероятно, станут слабее или даже погибнут.
Защищает людей
Заражение некоторыми доброкачественными вирусами может даже помочь предотвратить появление некоторых патогенов среди людей.
Вирус GB C, распространенный вирус, передающийся через кровь человека, который является непатогенным дальним родственником вируса Западного Нила и лихорадки денге, связан с задержкой прогрессирования СПИДа у ВИЧ-положительных людей. Ученые также обнаружили, что вирус ГБ С снижает вероятность смерти людей, инфицированных лихорадкой Эбола .
Точно так же герпес делает мышей менее восприимчивыми к определенным бактериальным инфекциям, включая бубонную чуму и листерию (распространенный тип пищевого отравления). Заражение людей вирусом герпеса, бубонной чумы и листерией для повторения эксперимента на мышах было бы неэтичным, но авторы исследования подозревают, что их результаты на грызунах, вероятно, применимы к людям
Герпес делает мышей - и, возможно, людей - менее восприимчивыми к определенным бактериальным инфекциям (Фото: Библиотека научных фотографий)
Хотя пожизненная инфекция герпесвирусами «обычно рассматривается как исключительно патогенная», пишут они, их данные предполагают, что герпес на самом деле вступает в «симбиотические отношения» со своим хозяином, обеспечивая иммунные преимущества. Без вирусов мы и многие другие виды были бы более подвержены другим заболеваниям.
Вирусы также являются одними из самых многообещающих терапевтических агентов для лечения определенных заболеваний.
Фаготерапия, предмет значительных исследований в Советском Союзе еще в 1920-х годах, использует вирусы для борьбы с бактериальными инфекциями. Сейчас это быстрорастущая область - не только из-за повышения устойчивости к антибиотикам, но и из-за способности точно настраивать методы лечения, чтобы уничтожить определенные виды бактерий, а не без разбора уничтожить все наши бактериальные популяции, как это делают антибиотики. (Узнайте больше о том, что мы делаем и чего не знаем о нашем микробиоме).
«Довольно много жизней было спасено с помощью вирусов, когда антибиотики не помогли», - говорит Саттл.
Онколитические вирусы, или вирусы, которые выборочно инфицируют и разрушают раковые клетки, также все чаще исследуются как менее токсичные и более эффективные методы лечения рака. Будь то нацелены на вредные бактерии или раковые клетки, терапевтические вирусы действуют «как маленькие микроскопические управляемые ракеты, которые проникают и взрывают клетки, которые нам не нужны», - говорит Голдберг. «Нам нужны вирусы для ряда исследований и разработок технологий, которые приведут нас к следующему поколению терапевтических средств».
Исчезновение вирусов повлияет на эволюционный потенциал всего живого на планете, включая Homo sapiens.
Поскольку они постоянно реплицируются и видоизменяются, вирусы также содержат огромное количество генетических инноваций, которые могут быть внедрены другими организмами. Вирусы реплицируются, внедряясь в клетки-хозяева и захватывая их инструменты репликации. Если это происходит в зародышевой клетке (яйцеклетках и сперматозоидах), вирусный код может быть передан следующему поколению и навсегда интегрирован. «Все организмы, которые могут быть заражены вирусами, имеют возможность поглощать вирусные гены и использовать их в своих интересах», - говорит Голдберг. «Внедрение новой ДНК в геномы - главный путь эволюции». Иными словами, исчезновение вирусов повлияет на эволюционный потенциал всего живого на планете, включая Homo sapiens.
Вирусные элементы составляют примерно 8% генома человека, а геномы млекопитающих в целом содержат около 100 000 остатков генов, происходящих от вирусов. Вирусный код часто проявляется в виде инертных кусочков ДНК, но иногда он дает новые и полезные - даже важные - функции. Например, в 2018 году две исследовательские группы независимо друг от друга сделали захватывающее открытие. Ген вирусного происхождения кодирует белок, который играет ключевую роль в формировании долговременной памяти , перемещая информацию между клетками нервной системы.
Однако наиболее яркий пример касается эволюции плаценты млекопитающих и времени экспрессии генов при беременности человека. Факты свидетельствуют о том, что мы обязаны своей способностью рожать живыми небольшому количеству генетического кода, который был заимствован из древних ретровирусов, инфицировавших наших предков более 130 миллионов лет назад. Как писали авторы этого открытия 2018 года в PLOS Biology: «Заманчиво предположить, что человеческая беременность была бы совсем другой - возможно, даже не существовала бы - если бы не эоны ретровирусных пандемий, поражающих наших эволюционных предков».
Эксперты считают, что такие сигнатуры встречаются во всех формах многоклеточной жизни.
«Вероятно, многие функции остаются неизвестными», - говорит Саттл.
Ученые только начали открывать способы, которыми вирусы помогают поддерживать жизнь, потому что они только начали искать. В конечном итоге, однако, чем больше мы узнаем обо всех вирусах, а не только о патогенах, тем лучше мы будем вооружены, чтобы использовать одни вирусы навсегда и разработать защиту от других, которые могут привести к следующей пандемии.
Более того, изучение богатства вирусного разнообразия поможет нам глубже понять, как работают наша планета, экосистемы и сами тела. Как говорит Саттл, «нам нужно приложить определенные усилия, чтобы попытаться выяснить, что там происходит, просто для нашего же блага».
https://t.me/covidnotes t.me/covidnotes @covidnotes
Телеграм канал COVID-19 NOTE
Источник: