Карл Циммер – Планета вирусов (страница 18)

В последующие годы были прочитаны геномы других вирусов, включая вирус натуральной оспы в 1993 г. Сравнив его геном с геномами других вирусов, исследователи получили некоторое представление о работе его белков. Затем секвенировали геномы штаммов вируса натуральной оспы со всего мира, и оказалось, что разновидностей совсем немного – это важная информация для исследователей, если они хотят подготовиться к будущим вспышкам оспы.

Изобретение технологий секвенирования генома открыло путь другому крупному достижению: ученые начали синтезировать гены, собирая их из нуклеотидов с нуля. Вначале они собирали короткие цепочки генетического материала. Уже на этой ранней стадии Экард Уиммер, вирусолог из Университета Стоуни-Брук, сообразил, что у вирусов достаточно маленькие геномы, поэтому их можно было синтезировать целиком. В 2002 г. он со своими коллегами использовал геном вируса полиомиелита как матрицу для синтеза тысяч коротких фрагментов ДНК. Затем с помощью ферментов эти отрезки сшили воедино и использовали получившуюся молекулу ДНК как матрицу для синтеза соответствующей ей молекулы РНК – иными словами, физической копии всего генома вируса полиомиелита. Когда Уиммер и его сотрудники добавили эту РНК в пробирки с ферментами и нуклеотидами, там самопроизвольно синтезировались живые вирусы полиомиелита. Иными словами, они создали вирус с нуля.

Уиммер утверждал, что эту новообретенную власть ученые смогут использовать во благо человечество. Можно конструировать вирусы с прицельными изменениями генома, чтобы разобраться, как они работают. Можно редактировать вирусные геномы, чтобы обезвредить самые опасные вирусы, угрожающие здоровью людей, и превратить их в новые вакцины. Уиммер развил свою идею, став сооснователем компании по производству вакцин, которая начала применять искусственные вирусы в качестве экспериментальных вакцин от таких заболеваний, как грипп, лихорадка Зика и COVID-19[9].

И все же критиков беспокоило, что технология Уиммера может попасть в недобрые руки и кто-нибудь начнет производить вирусы с целью напустить их на человечество. Однако по поводу искусственной оспы опасений поначалу не было. У вируса натуральной оспы геном примерно в 30 раз больше, чем у вируса полиомиелита, и искусственный аналог собрать настолько сложно, что подобная угроза казалась научной фантастикой.

В 2018 г. она существенно приблизилась к реальности. Дэвид Эванс, вирусолог из Альбертского университета, совместно со своими коллегами синтезировал вирус лошадиной оспы – одного из неопасных родственников вируса натуральной оспы. Они воспользовались комплексом передовых генетических технологий, созданных уже после опыта Уиммера. Ученые отослали по электронной почте последовательности десяти длинных фрагментов ДНК вируса лошадиной оспы компании, принимающей заказы по почте. Компания синтезировала молекулы и отправила их обратно ученым. Каждый сегмент сам по себе был безвреден. Но когда Эванс и его коллеги ввели их в клетку, кусочки сложились в единую молекулу ДНК. И эта новая молекула могла давать начало жизнеспособным вирусам лошадиной оспы.

«Миру просто необходимо принять тот факт, что это возможно», – сказал Эванс репортеру Science. Вся проделанная работа обошлась ему лишь в 100 000 долларов.

Через тысячи лет страданий и неведения, окружавших натуральную оспу, мы наконец начали постигать ее природу и остановили ее опустошительное шествие. Вместе с тем, познав ее природу, мы поняли: как угроза человечеству она никогда не может быть окончательно ликвидирована. Наши новообретенные знания о вирусах подарили натуральной оспе своего рода бессмертие.

Эпилог

Инопланетянин из градирни

Гигантские вирусы и что же такое вирус

Всюду, где на Земле есть вода, есть жизнь. Вода в гейзерах Йеллоустона, в лужицах Пещеры кристаллов или в градирне на крыше больницы.

В 1992 г. микробиолог Тимоти Роуботэм взял пробу воды из градирни больницы в английском городе Брадфорде. Он поместил ее под микроскоп и увидел бушующую стихию жизни. Там были амебы и другие одноклеточные величиной с человеческую клетку. Там были бактерии, мельче примерно в 100 раз. Роуботэм искал причину вспышки пневмонии, разбушевавшейся в Брадфорде. Среди микроорганизмов, обнаруженных им в воде из градирни, нашелся, как ему показалось, подходящий кандидат – шарик размером с бактерию, сидевший внутри амебы. Роуботэм решил, что открыл новую бактерию, и назвал ее в честь своего города Bradfordcoccus.

Несколько лет Роуботэм пытался понять, что такое Bradfordcoccus и был ли он виновником вспышки пневмонии. Он пытался определить генотип патогена, сравнивая с генотипами других видов бактерий. Но совпадений не находилось. В 1998 г. сокращение финансирования вынудило его закрыть лабораторию. Но вместо того, чтобы уничтожить свой загадочный Bradfordcoccus, он попросил французских коллег сберечь образцы.

На несколько лет про Bradfordcoccus забыли, пока Бернар Ла Скола из Средиземноморского университета не решил исследовать его повторно. Как только он поместил образцы Роуботэма под микроскоп, он понял, что с ним что-то не так.

Bradfordcoccus не обладал гладкой поверхностью шаровидных бактерий. Скорее он походил на футбольный мяч, состоящий из множества плотно прилегающих друг к другу пластинок. А еще Ла Скола увидел, что из этих пластинок во все стороны торчат тонкие, похожие на волоски, нити белка. Единственными известными организмами в природе с подобными оболочками и нитями были некоторые виды вирусов. Но Ла Скола, как и все микробиологи того времени, знал, что нечто такого размера, как Bradfordcoccus, не может быть вирусом, ведь оно было в 100 раз больше.

И все-таки Bradfordcoccus оказался именно вирусом. При дальнейших исследованиях Ла Скола и его коллеги[10] обнаружили, что он размножается, внедряясь в амеб и заставляя их производить свои новые копии. Таким способом размножаются только вирусы. Команда Ла Скола дала Bradfordcoccus новое наименование, отражающее его вирусную природу. Его назвали мимивирусом, в том числе из-за его способности мимикрировать под бактерию.

Французские специалисты задались целью проанализировать гены мимивируса. Роуботэм пытался – и неудачно – сопоставлять его гены с генами бактерий. Французским ученым посчастливилось больше. Гены мимивируса оказались вирусными, и их было много. До открытия мимивирусов ученые привыкли находить у вирусов лишь несколько генов. Но у мимивируса 1018 генов. Это выглядело так, будто кто-то взял геномы вирусов гриппа, простуды, оспы и еще сотни других вирусов и засунул их все в одну белковую оболочку. Генов у мимивируса оказалось даже больше, чем у некоторых видов бактерий. И по размеру, и по количеству генов мимивирус нарушал главные правила вирусов.

Свой первый доклад об удивительном мимивирусе Ла Скола и его коллеги опубликовали в 2003 г. Их интересовало, единственный ли он в своем роде. Возможно, существовали другие гигантские вирусы, прятавшиеся у всех на виду. Они собрали воду в градирнях Франции и добавили в нее амеб, чтобы посмотреть, не заразит ли их какой-нибудь патоген, содержащийся в воде. Вскоре амебы стали лопаться, выпуская наружу гигантские вирусы.

Но это не были мимивирусы. Это был другой вид, с 1059 генами, установивший новый рекорд по величине генома среди вирусов. Хотя новый вирус внешне очень походил на мимивирус, его геном существенно отличался. Когда исследователи сравнили гены нового вируса с генами мимивируса, совпало лишь 833 из них. Остальные 226 оказались уникальными. К охоте подключились другие ученые, и гигантские вирусы стали обнаруживать повсюду: в реках, океанах, в озерах, погребенных под антарктическими льдами. На морском дне у побережья Чили были найдены гигантские вирусы с 2556 генами – на данный момент это рекордный размер вирусного генома.

Оказалось, что гигантские вирусы прячутся даже в организме животных. В сотрудничестве с бразильскими учеными Ла Скола и его коллеги изучали образцы сыворотки крови млекопитающих. Они нашли антитела к гигантским вирусам у коров и обезьян. Кроме того, гигантские вирусы были выделены у людей, в том числе у одного больного пневмонией. Пока еще неясно, какую роль гигантские вирусы играют для нашего здоровья. Может быть, они способны напрямую поражать наши клетки или могут затаиться без вреда для нас в амебах, проникающих в наш организм.

История гигантских вирусов позволяет понять, как мало нам пока еще известно о виросфере. И она придает второе дыхание давней дискуссии: что же такое вирус?

Как только ученые начали что-то узнавать о молекулярном составе вирусов, они поняли, что вирусы фундаментально отличаются от привычных форм клеточной жизни. Получив кристаллы вируса табачной мозаики в 1935 г., Уэнделл Стэнли поколебал представления о границе, отделяющей живое от неживого. В кристаллической форме его вирус вел себя как лед или алмаз. Но, попав на табачный куст, он размножался, как всякое живое существо.

Затем, когда ученые стали внимательнее присматриваться к молекулярной биологии вирусов, многие из них решили, что они всего лишь жизнеподобны, но на самом деле не живые. Все вирусы, изученные на тот момент, содержали по несколько генов каждый – от бактерий их отделяла огромная генетическая пропасть. Немногочисленные гены, входящие в состав вирусов, позволяли им выполнять простейшие задачи по созданию новых вирусов: проникать в клетку и внедрять свои гены в ее биохимические фабрики. У вирусов отсутствовали все гены, свойственные полноценным живым организмам. Так, исследователи не обнаружили у вирусов инструкций по созданию рибосомы – молекулярной фабрики по синтезу белков на основе РНК. Не было у вирусов и генов ферментов, расщепляющих необходимую для роста пищу. Иными словами, у вирусов, по-видимому, не хватало существенной части генетической информации, чтобы действительно быть живыми.