Вирус которому 30000 лет
Обновлено: 25.04.2024
Французские ученые собираются разбудить гигантский древний вирус, обнаруженный недавно в районе Колымы в отложениях возрастом 30 тысяч лет, сообщает The Independent.
По словам исследователей, они хотят узнать, представляет ли микроорганизм опасность для людей и животных. Mollivirus Sibericum - четвертый по счету доисторический вирус-гигант, найденный с 2003 года.
Mollivirus Sibericum можно легко разглядеть в школьный микроскоп. © CNRS
В 2003 году был обнаружен Minivirus, в 2013 году - Pandoravirus, состав генов которого лишь на шесть процентов идентичен земным, в 2014 году - Pithovirus Sibericum (также найден в сибирской вечной мерзлоте и назван самым большим вирусом из когда-либо найденных на Земле).
Помимо громадных размеров, обнаруженные вирусы удивили ученых тем, что содержат невероятное количество генетического материала. Так, вирус гриппа А имеет только восемь генов, тогда как Mollivirus Sibericum - около 500 генов, а Pandoravirus - 2500 генов.
Район обнаружения Mollivirus Sibericum и Pithovirus Sibericum.
В прошлом году команда французских и российских ученых уже "воскрешала" Pithovirus Sibericum в чашке Петри, но лишь на короткое время. Теперь ученые проведут аналогичный, но более основательный эксперимент с новым гигантским вирусом.
Как отмечают эксперты, обнаружению гигантских, неизвестных науке вирусов способствуют изменение климата на планете вкупе с активной добычей нефти и других природных ресурсов. При этом ученые не исключают, что таяние вечной мерзлоты способно пробудить к жизни патогены, которые могут угрожать человечеству.
"Расположенные на Севере минеральные и энергетические ресурсы становятся все более доступными из-за глобального потепления. Не исключено, что эксплуатация приполярных районов может способствовать тому, что законсервированные в древней мерзлоте жизнеспособные микроорганизмы, о которых мы не знаем, могут попасть в современную экосистему. Среди этих микроорганизмов могут оказаться и неизвестные науке формы болезнетворных вирусов, которые создадут угрозу здоровью человека или животных", - ранее заявлял доктор Жан-Мишель Клаверье из Марсельского института микробиологии.
Ученые до сих пор не уверены, стоит ли считать вирусы живыми существами. Эти организмы размером всего несколько нанометров представляют собой завернутую в белковую оболочку короткую нитку нуклеотидов, где закодирована генетическая информация. Они гораздо меньше бактерий и клеток, неспособны самостоятельно производить белки, из которых состоит все живое. Поэтому фактически не живут вне клетки. В природе могут сохраняться длительное время в неактивном состоянии. Но, попав в живой организм, быстро размножаются за счет ресурсов хозяина.
Большинство вирусов неопасны для человека, поскольку наша иммунная система их уничтожает. Уже в слизистой оболочке, через которую чаще всего проникают вирусы, на них нападают фагоциты, а в крови — лимфоциты. Клетки начинают производить белки-интерфероны, мешающие вирусу размножаться. В крайнем случае зараженные клетки гибнут сами. Однако некоторые вирусы настолько быстро размножаются, что ломают все защитные механизмы или настраивают их против организма, вызывая тяжелое воспаление, лихорадку.
Возможно, вирусы — это части ДНК или РНК, сбежавшие из многоклеточного организма. По другой гипотезе, вирусы древнее, чем клетка. Вот почему части вирусного генома встроены в ДНК бактерий и животных в виде "мусора". Высказывалось также предположение, что борьба вирусов и клеток послужила драйвером эволюции.
Вирусы открыты в 1892 году русским микробиологом Дмитрием Ивановским, пытавшимся понять, чем вызвана мозаичная болезнь табака. С тех пор описано несколько тысяч вирусов. Но ученые полагают, что еще сотни тысяч или миллионы неизвестны. Вирусы очень разнообразны по своему строению и механизму действия. В природе нет ни одной группы живых организмов, которую бы не поражали вирусы. Человек — не исключение.
Как обнаружили вирусы
Вирусы открыл русский ученый, спасая табак от мозаики.
Вирус табачной мозаики под микроскопом
Российского ботаника Дмитрия Ивановского болезнь табака волновала ничуть не в меньшей степени. Полагая, что этот недуг вызывают бактерии, Ивановский планировал осадить их на специальном фильтре, поры которого меньше этих организмов. Такая процедура позволяла полностью удалить из раствора все известные патогены. Но экстракт зараженных листьев сохранял инфекционные свойства и после фильтрации!
Этот парадокс, описанный Ивановским в работе 1892 года, стал отправной точкой в развитии вирусологии. При этом сам ученый думал, что сквозь его фильтр прошли мельчайшие бактерии либо выделяемые ими токсины, то есть вписывал свое открытие в рамки существующего знания. Впрочем, это частности. Приоритет Ивановского в открытии вирусов не оспаривается.
Вирусы присутствуют во всех земных экосистемах и поражают все типы организмов: от животных до бактерий с археями. При этом ученые до сих пор спорят, являются ли вирусы живыми существами. Серьезные аргументы есть и за, и против.
Конечно да! У вирусов есть геном, они эволюционируют и способны размножаться, создавая собственные копии путем самосборки.
Решительно нет! У них неклеточное строение, а именно этот признак считается фундаментальным свойством живых организмов. А еще у них нет собственного обмена веществ — для синтеза молекул, как и для размножения, им необходима клетка-хозяин.
Впрочем, большинство ученых склонны рассматривать этот спор как чисто схоластический.
Как устроены вирусы
Вирус — это генетическая инструкция в белковом контейнере. Расшифровать строение вирусов удалось, превращая их в кристаллы.
К началу 1930-х годов всё еще оставалось непонятным, что такое вирус и как он устроен. И по-прежнему не было микроскопа, в который его можно было бы разглядеть. В числе прочих высказывалась гипотеза, что вирус — это белок. А структуру белков в то время изучали, преобразуя их в кристаллы. Если бы вирус удалось кристаллизовать, то его строение можно было бы изучать методами, разработанными для исследования кристаллов.
В 1932 году Уэнделл Мередит Стэнли отжал сок из тонны больных листьев табака и воздействовал на него разными реагентами. После трех лет опытов он получил белок, которого не было в здоровых листьях. Стэнли растворил его в воде и поставил в холодильник. Наутро вместо раствора он обнаружил игольчатые кристаллы с шелковистым блеском. Стэнли растворил их в воде и натер полученным раствором здоровые листья табака. Через некоторое время они заболели. Эти опыты открыли ученым путь к получению и изучению чистых препаратов вируса, а самому Стэнли принесли Нобелевскую премию.
Что мы знаем сегодня
Постепенно накопились данные, позволившие разработать классификации вирусов. Выяснилось, что вирусы различаются по типу молекул ДНК или РНК, на которых записана их генетическая программа. Другое различие — по форме белкового контейнера, который называется капсид. Бывают спиральные, продолговатые, почти шарообразные капсиды и капсиды сложной комплексной формы. Многие капсиды имеют ось симметрии пятого порядка, при вращении вокруг которой пять раз совпадают со своим первоначальным положением (как у морской звезды).
Необходимость кристаллизовать вирусы для их изучения отпала лишь недавно с появлением атомных силовых микроскопов и лазеров, генерирующих сверхкороткие импульсы.
Кто такие фаги
В конце XIX века британский бактериолог Эрнест Ханкин, сражавшийся с холерой в Индии, изучал воды рек Ганг и Джамна, которые местные жители считали целебными. Ханкин, энтузиаст кипячения воды и теории Пастера о том, что болезни вызываются микроорганизмами, а не миазмами (вредоносными испарениями — так думали врачи еще в середине XIX века), обнаружил, что суеверные индусы правы: какой-то неопознанный объект непонятным образом обеззараживает воду священных рек без всякого кипячения.
Для бактерии встреча с фагами не всегда заканчивается печально: бактериофаги бывают вирулентными и умеренными. Если клетке не повезет и она повстречает вирулентного фага, то погибнет (у биологов этот процесс называется лизисом). Фаг использует такую клетку как ясли для своего потомства. Умеренные фаги обычно более дружелюбны. Они делают из бактерии зомби: она переходит в особую форму — профаг, когда вирус интегрируется в геном клетки и сосуществует с ней. Это сожительство может стать симбиозом, в котором бактерия приобретет новые качества и эволюционирует.
Способность вирусов уничтожать вредоносные бактерии привлекла к ним внимание ученых. Впервые фагов, этих цепных собак биологов, натравили на стафилококк ещё в 1921 году. Их активно изучали в Советском Союзе. Основоположник этого направления грузинский микробиолог Георгий Элиава был учеником Феликса Д'Эрелля. По его инициативе в 30-е годы был создан Институт исследования бактериофагов в Грузии, а позднее фаготерапия в СССР получила одобрение на самом высоком уровне. Были разработаны стрептококковый, сальмонеллезный, синегнойный, протейный и другие фаги.
Западные ученые отнеслись к фагам с меньшим энтузиазмом. Фаги очень чувствительные и в неподходящих условиях внешней среды теряют супергеройские способности. А тут как раз открыли и успешно применили первый антибиотик, и о фагах надолго позабыли.
Что мы знаем сегодня
В 2005 году биологи из Университета Сан-Диего показали, что вирусы — самые распространенные биологические объекты на планете, и больше всего среди них именно бактериофагов.
Всего на данный момент описано более 6 тыс. видов вирусов, но ученые предполагают, что их миллионы.
Как создали первую вакцину
Главное событие в истории вакцинации произошло в конце XVIII века, когда английский врач Эдвард Дженнер использовал коровью оспу для предотвращения оспы натуральной — одного из самых страшных заболеваний в истории, смертность от которого тогда достигала полутора миллионов человек в год.
Коровья оспа передавалась дояркам, протекала легко и оставляла на руках маленькие шрамы. Сельские жители хорошо знали, что переболевшие коровьей оспой не болеют человеческой, и эта закономерность стала отправной точкой для исследований Дженнера.
Хотя идея была не нова: еще в Х веке врачи придумали вариоляцию — прививку оспенного гноя от заболевшего к здоровому. На Востоке вдыхали растертые в порошок корочки, образующиеся на местах пузырьков при оспе. Из Китая и Индии эта практика расходилась по миру вместе с путешественниками и торговцами. А в Европу XVIII века вариоляция пришла из Османской империи: ее привезла леди Мэри Уортли-Монтегю — писательница, путешественница и жена британского посла. Так что самому Дженнеру оспу привили еще в детстве. Вариоляция действительно снижала смертность в целом, но была небезопасна для конкретного человека: в 2% случаев она приводила к смерти и иногда сама вызывала эпидемии.
Но вернемся к коровам. Предположив близкое родство вирусов коровьей и натуральной оспы, Дженнер решился на публичный эксперимент. 14 мая 1796 года он привил коровью оспу здоровому восьмилетнему мальчику, внеся экстракт из пузырьков в ранки на руках. Мальчик переболел легкой формой оспы, а введенный через месяц вирус настоящей оспы на него не подействовал. Дженнер повторил попытку заражения через пять месяцев и через пять лет, но результат оставался тем же: прививка коровьей оспы защищала мальчика от оспы натуральной.
Эдвард Дженнер прививает восьмилетнего Джеймса Фиппса от оспы. 1796 год
Глава Роспотребнадзора Анна Попова — о борьбе с эпидемиями, научных открытиях и стратегических задачах работы ведомства
Что мы знаем сегодня
В 1980 году Всемирная организация здравоохранения объявила о полном устранении натуральной оспы. Это первое заболевание, которое победили с помощью массовой вакцинации.
Сейчас существует более сотни вакцин, защищающих от 40 вирусных и бактериальных заболеваний. Иммунизация спасает миллионы жизней, поэтому наши дети не умирают от столбняка, поцарапавшись на улице.
Современные вакцины, прошедшие все стадии клинических испытаний, безопасны — они могут вызвать сильную иммунную реакцию у некоторых людей, но никак не тяжелую форму болезни с летальным исходом или тем более эпидемию.
Как вирусы поселились в нашей ДНК
В геноме человека затаились древние вирусы. Они составляют более 8% нашей ДНК. И мы им многим обязаны.
В 1960-х годах ученые поняли, что некоторые вирусы могут вызывать рак. Одним из них был вирус птичьего лейкоза, угрожавший всему птицеводству. Вирусологи выяснили, что он относится к группе так называемых ретровирусов, внедряющих свой генетический материал в ДНК клетки-носителя. Такая ДНК будет производить новые копии вируса, но если вирус по ошибке встроился не в то место ДНК, клетка может стать раковой и начать делиться. Вирус птичьего лейкоза оказался очень странным ретровирусом. Ученые находили его белки в крови совершенно здоровых куриц.
Курица с саркомой, с которой начались исследования, выявившие, что некоторые вирусы могут вызывать рак
Робин Вайс, вирусолог из Университета Вашингтона, первым понял, что вирус мог интегрироваться в ДНК курицы, стать ее неотъемлемой и уже неопасной частью. Вайс и его коллеги обнаружили этот вирус в ДНК многих пород кур. Отправившись в джунгли Малайзии, они изловили банкивскую джунглевую курицу, ближайшую дикую родственницу домашней, — она несла в ДНК тот же вирус! Когда-то давно иммунная система куры-предка сумела подавить вирус, и, обезвреженный, он стал передаваться по наследству. Ученые назвали такие вирусы эндогенными, то есть производимыми самим организмом.
Вскоре выяснилось, что эндогенных ретровирусов полно в геномах всех групп позвоночных. А в 1980 году их обнаружили и у человека.
Что мы знаем сегодня
Согласно данным исследователей из Мичиганского университета, на долю эндогенных ретровирусов приходится более 8% нашего генома. При этом обнаружены далеко не все вирусные последовательности, которые осели в геноме человека. Искать их сложно: они встречаются у одного и отсутствуют у другого.
Злокачественные клетки, зараженные вирусом Эпштейна-Барр. В качестве носителя этот вирус использует ДНК
Друзья или враги нам эндогенные ретровирусы, сказать сложно, потому что нет уже деления на нас и них, — мы соединились в одно существо.
Новость
Изображение частиц вируса оспы, полученное при помощи сканирующего электронного микроскопа
Автор
Редакторы
Человечество потихоньку учится убивать вирусы, разрабатывая адресные и универсальные стратегии их уничтожения, развивая систему вакцинации и совершенствуя мониторинг распространения новых штаммов. Благодаря методам сравнительной геномики можно очень точно восстановить картину вспышек, а комбинированная терапия позволяет эффективно бороться даже с вирусами, которые быстро эволюционируют прямо в организме пациента. Однако проблем на пути к усмирению паразитических молекулярных машин всё еще очень много. При этом новые вызовы могут появиться с самых неожиданных сторон. Новые или хорошо забытые старые вирусы могут скрываться в довольно нетривиальных местах — например, в старых могилах или в вечной мерзлоте.
Однако сравнительно недавно, в 2011 году, бригада нью-йоркских рабочих при рытье котлована близ старого кладбища в Квинсе обнаружила мумифицированный труп женщины. Приглашенный криминалист-антрополог оценил возраст захоронения в 150 лет, что подняло следующий вопрос: почему чернокожую женщину в то время решили похоронить в изолированном металлическом гробу? Разгадка нашлась, когда на мумифицированном теле обнаружились следы оспин. Это не только напугало нашедших тело, но и послужило толчком к тому, чтобы попытаться выделить образцы вируса, которые могли остаться в хорошо сохранившемся мумифицированном теле. Впрочем, в этом случае следов вируса обнаружить не удалось. Равно как и в случае ряда других находок, так или иначе связанных с оспой. Об этом пишет коллектив сотрудников Центра по контролю и предотвращению заболеваний в Атланте (США, штат Джорджия) [2].
Их недавняя публикация фокусируется на оценке угрозы возвращения оспы в результате случайного или намеренного вскрытия могил, а также взаимодействия с другими субстанциями, способными содержать неповрежденные вирусные частицы. К таким субстанциям можно отнести сгустки крови или фрагменты кожи пациентов, зараженных вирусом. Во времена актуальности оспы они иногда использовались в целях иммунизации. Ряд исследований, обсуждаемых в обзоре, указывает на то, что подобные образцы могут сохранять жизнеспособные вирусные частицы более года и даже более десятка лет, хотя число этих частиц постоянно уменьшается [3], [4].
Рисунок 1. Фотография сгустков крови пациентов, больных оспой. Такие образцы могли пересылаться почтой для того, чтобы люди в других регионах имели возможность заранее провести вариоляцию — примитивный вариант иммунизации от оспы.
Несмотря на возможность сохранения вирусных частиц какое-то время в разных биологических образцах, в случае оспы специалисты Центра по контролю и предотвращению заболеваний утверждают, что сохранившиеся ткани в захоронениях и местах археологических раскопок не представляют угрозы для современной популяции.
Ученые из Марселя назвали новый гигантский вирус питовирусом и утверждают, что он сильно отличается как от представителей семейства Megaviridae, к которым относятся, например, мимивирусы [6], [7], так и от вирусов рода Pandoravirus, описанных в прошлом году [8].
Питовирусы были обнаружены в ходе исследований вечной мерзлоты из окрестностей Колымы. При этом для обнаружения вирусов ученые культивировали их потенциальных хозяев — простейших вида Acanthamoeba castellanii — вместе с размороженными образцами промерзшей почвы, чей возраст оценивается в 30000 лет. Авторы пишут о том, что в северо-восточной Сибири вечная мерзлота характеризуется нейтральным pH и низким содержанием кислорода, что способствует сохранности биологических материалов. В результате примененного подхода удалось описать вирусные частицы, различимые даже в световой микроскоп, а также проанализировать геном открытого вируса, который оказался примерно в 4 раза короче генома пандоравируса и имел длину чуть больше 600 тысяч нуклеотидных пар.
Рисунок 2. Электронная микрофотография питовируса
Несмотря на то, что вирусы амеб не представляют прямой угрозы для человека, факт обнаружения витальных вирионов со сложной структурой и крупным геномом в вечной мерзлоте говорит о том, что там же могут находиться и другие замороженные вирусы, которые способны оказаться опасными для человека, птиц или домашнего скота. Эта возможность заставляет обратить на себя внимание ввиду изменений климата на Земле, которые могут привести к оттаиванию части почв, долгое время находившихся в замороженном состоянии.
То, какими особенностями должны обладать вирусы для того, чтобы лучше переносить периоды длительного пребывания вне организма хозяина, остается предметом дальнейших исследований.
Читайте также: