Главной задачей вирусов является передача своих генов следующим поколениям. В этом стремлении – размножиться во что бы то ни стало – вирусы ничем не отличаются от всех остальных живых существ, включая нас с вами. Отличие состоит в исключительной простоте устройства вируса, которая, собственно, почти вся сводится к молекуле – носителю генома, вирусной РНК, ДНК или в некоторых случаях их комбинации.
Другое отличие состоит в двухфазном состоянии вируса – «мертвой» внеклеточной фазе вирусных частиц, или вирионов, не проявляющих никакой самостоятельной активности, и «живой», когда вирус попадает внутрь хозяйской клетки и начинает размножаться, хитро встроившись в клеточный механизм ДНК-транскрипции.
Однако, как выяснилось относительно недавно, с открытием эндогенных ретровирусов, у некоторых вирусов фаза вириона может и отсутствовать.
Такие вирусы передают свои гены следующим поколениям, не выходя за пределы клетки (отсюда их название – эндогенные, то есть внутригенные), а их генетическая программа, интегрированная с клеточной ДНК, является составной частью хозяйского генома. В этом случае вирусным поколением считается участок хозяйской ДНК, на котором прописана последовательность вирусных нуклеотидов, которая самореплицируется параллельно с самовоспроизводством хозяйской клетки.
В настоящей момент установлено, что 8–10% человеческого генома состоит из нуклеотидных последовательностей ретровирусов, заразивших наших эволюционных предков очень-очень давно – миллионы лет назад.
Другими словами, одна десятая нашей (а также других млекопитающих) ДНК представляет собой ретровирусные гены возрастом в миллионы лет (приставка «ретро» означает, что для репликации своего генома такие вирусы используют механизм обратной транскрипции: сначала вирусный фермент обратная транскриптаза синтезирует одну нить ДНК на матрице вирусной РНК, затем уже на этой нити синтезирует вторую, а далее эта вирусная ДНК, проникнув через оболочку ядра клетки, интегрируется в хозяйскую и служит матрицей для синтеза вирусных РНК уже силами самой клетки).
Исследователи из Оксфордского университета совместно с Центром изучения СПИДа Аарано Даймонда в Нью-Йорке и Институтом Рега (Бельгия) решили выяснить, как так получилось, что древние ретровирусы сумели прописаться в наших генах в таком большом количестве. Результаты их работы публикует Proceedings of the National Academy of Sciences.
С этой целью они исследовали геномы 38 видов млекопитающих, включая геномы мыши, крысы, летучей мыши, слона, дельфина и человека. Из этих геномов они выделили участки, содержащие последовательности ретровирусных нуклеотидов, и далее сопоставили их in silico («в кремнии», то есть используя специальные компьютерно-математические методы) на предмет сходства, различия и доли, которую они занимают на вирусном участке ДНК.
Как показал анализ, у определенной группы эндогенных ретровирусов в какой-то момент их эволюции был утрачен ген env, который отвечает за белок, помогающий вирусу проникать через клеточную мембрану.
Утрата способности инфицировать другие клетки не означала утраты способности к саморепликации, только теперь весь жизненный цикл вируса стал проходить внутри хозяйской клетки параллельно ее собственному жизненному циклу посредством вирусных ретротранспозонов – подвижных участков ДНК (так называемый механизм ретротранспонирования, отличающийся от механизма реинфекции, когда эндогенные ретровирусы размножаются аналогично экзогенным – посредством вирионов, инфицирующих другие клетки).
Но самое интересное, что с потерей определенными ретровирусами инфицирующей функции эти вирусы резко увеличили свое представительство внутри генома, результатом чего и стало преобладание их генетического материала в ДНК млекопитающих.
Сопоставляя разные геномы, исследователи констатировали универсальность этого явления: утрата инфицирующей способности дала 30-кратное увеличение количества вирусного материала. Все это напоминает вспышку эпидемий, какие мы наблюдаем в случае экзогенных вирусов, быстро распространяющихся в результате мутации, когда среди зараженных выделяется небольшое число «суперраспространителей» – особей, ответственных за заражение большей части популяции (обычно в пропорции 20/80, когда 20% отвечают за инфицирование остальных 80%).
Собственно, эндогенные ретровирусы с выключенным env, сделавшие наибольший вклад в вирусную часть нашего генома, играют роль таких суперраспространителей, с той разницей, что эпидемия вирусов растягивается на миллионы лет и разворачивается уже внутри генома (интересно, что пропорции здесь оказались те же – 20% эндогенных ретровирусов с выключенным геном заняли 80% «вирусной десятины» ДНК).
Сравнение с эпидемией делают и сами исследователи. «Мы знаем, что «темная материя» нашего генома (некодирующие участки ДНК. – «Газета.Ru») играет по своим правилам, аналогично инфекциям при эпидемии», – отмечает один из авторов статьи доктор Гкикас Магиоркинис.
С ним согласен и руководитель исследования Роберт Белшоу: «Мы предполагаем, что эти вирусы оказались перед выбором – либо распространяться горизонтально (между особями и видами животных), либо вертикально (вложившись и массово распространившись внутри одного генома). Это история эпидемии внутри генома, которая началась 100 миллионов лет назад и длится по сей день».
Представляют ли эндогенные ретровирусы опасность для здоровья? Похоже, что с задачей распространения во времени и пространстве своих генов они прекрасно справляются, прописавшись в нашей ДНК в качестве пассажиров и не нанося ущерба транспорту. Для хозяев они, как правило, не патогенны и не инфекционны, реплицируются вместе с ДНК клетки, не образуют вирионных частиц, то есть никого не заражают, и находятся под регуляторным контролем клеточной ДНК-транскрипции.
С другой стороны, накапливаются данные, что некоторые эндогенные ретровирусы (аналогично некоторым экзогенным, вызывающим, например, саркому Рауса, лимфомы и миелопатии) обладают онкогенным потенциалом и могут провоцировать рак, но что запускает процессы, заставляющие организм расплачиваться за «вирусную десятину» такими рисками, пока неясно. Изучение «ископаемых» вирусов в нашем геноме только начинается, так что самые интересные открытия, заставляющие взглянуть на наш организм под совершенно другим углом, еще впереди.