Ученые — беспокойные существа. Нет чтобы чинно и благородно, с благословения господа нашего Ярило, вычислять периметр мировой черепахи, так им надо постоянно задавать вопросы, совершать научно-технические революции и переворачивать наши представления о мире. В 1953 году за это дело взялись биологи и совершили одно из важнейших открытий XX века: они обнаружили ДНК. Однако вычислительных мощностей человечества на тот момент не хватало на то, чтобы понять, что же кроется за этим кодом.
В 1996 году биологам удалось реплицировать ДНК и порадовать нас доходчивым и увлекательным экспериментом с клонированием овцы. Увы, овечка Долли довольно быстро отбросила копыта. Как выяснилось позднее, ее биологический возраст при рождении соответствовал шести годам, то есть тому же возрасту, в котором была овца-донор. Поэтому уже через два года после рождения у Долли развились старческие болезни, от которых ее лечили, однако природа взяла свое. Пришлось человечеству оставить надежду на омоложение и вечную жизнь в виде клонов.
Только в 2003 году ученые смогли наконец полностью расшифровать человеческий геном. Но никаких особенно шокирующих подробностей нам, праздно любопытствующим, эта информация не дала. Ее еще предстояло проанализировать и осмыслить. Биологи посмеивались в бороды и продолжали ставить какие-то только им понятные эксперименты, вторгаясь в юрисдикцию Бога и дьявола. В двери лабораторий бились с крестами представители католической церкви, под окнами институтов зажигали костры противники ГМО, но наука смело двигалась вперед.
Профессор вирусологии Карин Мёллинг надавно выпустила книгу «Вирусы. Скорее друзья, чем враги», в которой почти популярным языком описывается, что на самом деле происходило в институтах биологии за последние десять лет. Скажем прямо, мировые вирусологи не зря пили медицинский спирт!
Человек — это вирус
Итак, главный сюрприз, который ожидал ученых, состоял в том, что наш геном состоит всего из 20 000 функциональных генов. То есть тех генов, которые определяют наш рост, цвет глаз, способность отжиматься и свистеть в два пальца. Это значительно меньше, чем у банана или тюльпана! К тому же в этих 20 тысячах содержится всего лишь десятая часть всего объема закодированной в нас информации.
Что делают оставшиеся 9/10? Неужели там скрываются тайные суперспособности, послания от инопланетян, код для активации пятого элемента и опыт прошлых жизней? Можно сказать и так. Ведь большая часть этой таинственной «темной части» нашего генома — обломки чужих генов и, в частности, ископаемые вирусы, которыми болели наши далекие предки. Мёллинг пишет: «На 50% наша генетическая информация — это „кладбище“ ранее имевших место вирусных инфекций. Этим „могилам“ по крайней мере 35 млн лет, а некоторым, вероятно, и 200 млн. Есть и „молодые“ вирусы, им 1 млн лет». Чем не опыт прошлых жизней?
Как же мы накопили этот хлам? Дело в том, что один из способов борьбы с вирусами для человека — это интеграция слегка «сломанных», неактивных вирусов в наши собственные клетки. Если клетка уже занята, активный аналогичный вирус не может проникнуть в нее. На этом основывается наш иммунитет. И не только наш.
Например, обезьяны, для которых ВИЧ (точнее, родственный ему вирус SIV) не является смертельным, видимо, на протяжении многих поколений смогли успешно интегрировать его в свой геном. Вполне вероятно, что, потеряв возможность паразитировать на обезьянах, вирус слегка мутировал и обратился на человека. Более того, биологи считают, что еще каких-нибудь 300 лет — и мы точно так же победим ВИЧ, встроив его в наши гены. Если, конечно, медицина не придумает, как одолеть этот вирус быстрее и дороже.
Что касается суперспособностей, тут у генетического «лома» тоже есть кое-какое необычное применение. Ученые отметили, что в стрессовых условиях в «темных участках» генома начинается активизация и повышается количество мутаций. Большинство из них, увы, приводят к заболеваниям.
Но некоторые способны оказаться удачными и способствовать выживанию человека как вида во враждебной среде. Видимо, этот механизм заложен в нас как некий банк случайных изменений, который можно использовать в чрезвычайной ситуации. Вот мы и храним с виду бесполезные обломки вирусных генов буквально на случай ядерной войны!
Следует отметить, что помимо половины нашего генома, которая идентична вирусам, примерно 10-20% мы позаимствовали у бактерий, а 5% — от грибов. И в этом смысле мы похожи на любое другое существо на нашей планете. Те же самые древние вирусы есть и в тебе, и в Эмилии Кларк, и в дождевом черве! Некоторые ученые даже считают, что вся жизнь на Земле зародилась в виде вируса и только потом невероятно усложнилась, достигнув венца развития — идеального домика для этой примитивной формы жизни, которым является человек. Ведь помимо того, что мы носим обломки ретровирусов в нашем геноме, внутри нас и в симбиозе с нами с комфортом проживают бесчисленные живые особи. Вирусы вообще составляют около 98% объема всей биомассы на Земле.
Современный Франкенштейн
Ученые не были бы учеными, если бы в процессе исследования геномов и вирусов не распотрошили пару-другую миллионов объектов своего изучения. Однако просто расчленить животину, даже если для этого требуется микроскоп, еще не так интересно. Светила науки придумали кое-что поувлекательнее!
В 2016 году микробиолог Крейг Вентер замахнулся на оживление синтетической бактерии. Если называть вещи своими именами, то это был проект по созданию бактериального чудовища Франкенштейна! Крейг сначала выпотрошил живой организм, а затем вставил в него начинку, которую собрал из кусочков генома с помощью компьютера. Как свидетельствуют коллеги, новорожденная «клетка выглядела ужасно: она представляла собой лишенное симметрии и самоорганизации скопление шаров разного размера». Кроме того, детище современного Франкенштейна вышло слегка заторможенным: оно было в состоянии реплицироваться, то есть выполнять свою основную функцию и считаться живым, однако времени у него на это уходило на порядок больше, чем у исходной, умерщвленной бактерии. Нет ничего удивительного в том, что ученые решили повременить с синтезом более сложных организмов.
Гораздо лучше ученым удалось воскрешение ископаемого вируса в рамках проекта «Феникс». Французский вирусолог Тьерри Хайдман обнаружил, что один из «битых» ретровирусов в человеческом геноме встречается несколько раз, причем в каждом случае «выбиты» разные кусочки. Хайдман смог восстановить целый вирус из этих обломков. В результате ископаемое ожило! Ретровирус, возраст которого составлял 35 миллионов лет, опять стал активным и даже доказал свою способность инфицировать другие клетки. Кто знает, что было бы с человечеством, если бы этот гость из эоцена вырвался на свободу? К счастью, в лаборатории Хайдмана соблюдали все положенные меры предосторожности и к тому же запрограммировали своего «Феникса» так, что он был способен копировать себя лишь один раз, строго в рамках приличий и на глазах у восторженных ученых.
Лекарство от СПИДа
Пожалуй, самым знаменитым вирусом на Земле, на исследование которого выделяется больше всего средств, является ВИЧ. Увы, тут нам нечем тебя удивить: лекарство от него все еще не найдено, хотя ученые сильно продвинулись в понимании, как он работает и что собой представляет. Правда, пока на этом пути было больше роковых ошибок, чем достижений.
К примеру, 30 лет назад в Австралии некоторым пациентам с нарушением свертываемости крови делали вакцинацию препаратом «Фактор VIII». Эта вакцина в целом значительно улучшила их состояние. Однако внутри нее находился своеобразный «сюрприз»: по случайному стечению обстоятельств препарат оказался заражен дефектными вирусами ВИЧ — вирусами без одного гена.
Вообще, Австралии еще повезло. В США, Канаде и Азии эта вакцина была заражена активным вирусом ВИЧ, который попал в нее из донорской плазмы, когда тесты на этот вирус еще не были обязательными для доноров.
Теоретически такие вирусы-калеки могли бы стать рабочей вакциной против ВИЧ, если бы они встроились в клетки и, не вызывая заболевания из-за своей дефектности, отражали атаки настоящего вируса. Именно так действует вакцина от полиомиелита. Однако проблема с ВИЧ состоит в том, что этот вирус чрезвычайно изменчив, то есть очень любит обмениваться генами со всеми встречными коллегами.
Большинство вирусов, когда им «отрывают хвост», поднимают лапки кверху и отправляются на «кладбище», в «темные участки» нашего генома. А вот ВИЧ не сдается! Он действует как наглый гопник-гастролер и устраивает засаду на другие вирусы, пытаясь отжать «хвост» у них!
В итоге через десять лет в организме некоторых из случайно инфицированных австралийских пациентов ВИЧ-калека смог восполнить отсутствующий ген и восстановился в активную форму. В результате люди заболели СПИДом, а микробиологи потеряли надежду на создание вакцины от чумы XX века, составленной по стандартному рецепту.
Однако надежда все-таки есть. За годы исследований ученым удалось обнаружить, что около 15% европейцев имеют к ВИЧ врожденный иммунитет! Возможно, их далекие предки когда-то сталкивались с чем-то похожим, а возможно, это результат случайной мутации, однако вирус иммунодефицита неспособен проникнуть в клетки этих людей.
Если больному ВИЧ пересадить костный мозг от такого вирусоустойчивого донора, то произойдет излечение, как однажды случилось в берлинской клинике «Шарите». Конечно, на всех больных костного мозга не напасешься, да и операция слишком сложная и рискованная, поэтому такой метод лечения возможен только в частных случаях.
В настоящий момент микробиологи работают над изучением этой удачной мутации, чтобы понять, нельзя ли вызвать ее искусственным образом.
Около 15% европейцев имеют к ВИЧ врожденный иммунитет!
Тем временем лекарственное подавление ВИЧ достигло таких успехов, что в Европе человек, которому диагностировали заражение, может рассчитывать на терапию по государственной медицинской страховке. Причем это лечение практически полностью выведет вирус из организма.
Больной будет незаразным даже во время незащищенных половых контактов, и его продолжительность жизни останется такой же, как у здорового человека, при условии регулярного приема лекарств. Стоит прекратить терапию — и вирус вернется.
Учитывая, что стоимость лекарств на год составляет около 20 000 долларов, у нас возникают серьезные сомнения в скором изобретении вакцины, которая решит проблему СПИДа раз и навсегда. Если только за дело не возьмется какой-нибудь Коперник от медицины, которому не страшны костры фармацевтических компаний.
Вирусы-мутанты
Одним из самых любопытных и, пожалуй, шокирующих открытий вирусологов за прошедшее десятилетие было изобретение вирусов-мутантов, которые могли бы внедряться в наш организм и, в свою очередь, вызывать в нем локальные мутации. Такая терапия используется для лечения рака.
Современная биология установила, что рак — это поломка генетического материала в определенном органе человеческого тела. Выключается или выпадает та часть генома клеток, которая отвечает за подавление их бесконтрольного роста и деления, и клетки начинают неудержимо расти, по сути становясь бессмертными.
По этому поводу поведаем одну весьма жуткую историю. В настоящий момент биологи всего мира пользуются клеточным материалом HeLa для своих экспериментов. Эти человеческие клетки есть почти в любой лаборатории мира. Так вот, исходный образец HeLa был извлечен из раковой опухоли одной афроамериканки в 50-х годах XX века, когда этические нормы в отношении генетического материала еще не были установлены.
С тех пор клетки невероятно размножились и послужили не одному поколению исследователей. Они благополучно растут и процветают до сих пор! Правда, когда эта история стала известна широкой общественности, наследники бессмертной афроамериканки предъявили ученым претензии. Они беспокоятся, что в свободном доступе может появиться информация о их генетических особенностях, которую вполне можно извлечь из HeLa. Теоретически афроамериканку можно даже клонировать, если этические ограничения на этот процесс будут сняты.
Однако хоть рак и делает потенциально бессмертными отдельные клетки, но на весь организм он, увы, оказывает не самое оздоровляющее действие. Природа внимательно следит за исполнением своих законов, и нарушители (скажем так, дефектные особи) подвергаются уничтожению. Что же становится причиной генетической поломки?
Как правило, ее вызывает целый набор факторов, среди которых стресс, токсичная среда, радиоактивность, сильное УФ-излучение, наследственная предрасположенность и даже некоторые вирусы. Теоретически, если доставить к месту развития опухоли выпавшие гены, которые отвечают за подавление роста клеток, и вставить их на место, проблема будет решена. Однако как это сделать?
На 50% наша генетическая информация — это «кладбище» старых вирусных инфекций
В общем-то этим и занимаются вирусы: они переносят генетический материал и в некоторых случаях успешно встраиваются в геном своих носителей, иногда временно, а иногда на многие миллионы лет. Можно ли создать такой вирус, в котором вместо его собственной начинки будут лечебные гены, необходимые для подавления рака? Да, можно! Именно этим в настоящий момент занимается генная терапия, и занимается весьма успешно. На современном оборудовании изменить геном активного вируса и превратить его в терапевтический не составляет труда.
Но тут перед учеными встает другая проблема: как сдержать размножение такого микроорганизма? Проникновение в чужие клетки и репликация — основное свойство вирусов, их главная стратегия выживания. Однако мы не хотим, чтобы внутри нас начали бесконтрольно размножаться даже терапевтические вирусы, ведь их лечебные свойства, которые полезны для искоренения раковых клеток, могут оказаться опасными для клеток здоровых!
В настоящий момент ученые не могут сдержать репликацию дизайнерского микроорганизма, однако способны полностью выключить ее. Тогда получается, что для каждой больной клетки требуется по одному терапевтическому вирусу, а это огромный объем материала. Решение данной проблемы — дело ближайшего будущего. Вполне возможно, что уже через несколько лет модификация нашего генома с помощью вирусов-мутантов станет рядовой терапией от рака.
А вообще-то вирус — что это такое?
Самый простой ответ на этот вопрос: вирус — ДНК или РНК, завернутая в белок и свободно болтающаяся в пространстве, пока не встретит подходящую клетку-домик. По этому поводу микробиологи всего мира согласились. А вот дальше начинаются споры и ломаются копья.
Является ли вирус формой жизни? С одной стороны, он не может сам размножаться, ему нужно для этого проникнуть в чужую клетку, чтобы воспользоваться ее энергией и способностью синтезировать белки. С другой стороны, этот крошечный плевок Вселенной (чаще всего размером в одну сотую от любой уважающей себя бактерии) все-таки способен воспроизводить себе подобных и даже эволюционировать.
Вредны вирусы или полезны? С одной стороны, существуют и, вероятно, всегда будут появляться новые неизлечимые вирусные болезни. С другой — вирусы в итоге создали наш иммунитет. Наконец, есть версия, что именно с вирусов началась жизнь на Земле. Так что, когда будешь сморкаться во время гриппа, не забывай, что, вполне возможно, твой нос в этот момент покидает в какой-то степени твой прадедушка.
И наконец — про дрожжи!
Не знаем, насколько ты заинтригован нашим обещанием рассказать про безумные оргии дрожжей, однако они также являются фактом. Впрочем, вирусологи взяли эти микроорганизмы под наблюдение совсем по другой причине. Дело в том, что фактически у любого существа на планете существуют вирусные инфекции. У любого, кроме дрожжей!
Ученые долго думали, почему так происходит, и пришли к выводу, что причина, возможно, кроется в том, что дрожжи — неутомимые любовники. У этих одноклеточных грибков существуют женские и мужские клетки, которые беспрестанно и беспорядочно спариваются между собой, в результате на свет все время появляется новое разнообразное потомство.
У более крупных и менее темпераментных организмов геном очень стабилен. Их потомки появляются лишь изредка, поэтому для обогащения своего генетического материала крупные животные часто используют вирусы (это еще неизвестно, кто кого использует, — речь, скорее, идет о симбиозе). Неожиданные гены, которые содержатся в вирусах, как уже было сказано, могут пригодиться нам в случае глобальной катастрофы, чтобы начать активное видоизменение и приспособление к новым условиям.
А вот дрожжам совершенно не нужен источник дополнительных генов: в общем хаосе беспрерывного промискуитета у них и так имеется постоянный доступ к самому разнообразному генетическому материалу. Возможно, именно по этой причине данные микроорганизмы не вступают с вирусами в контакт.
Кстати, на этом чудесные новости про дрожжи не заканчиваются. Еще биологи выяснили, что пекарские дрожжи и человек имели общего предка! Мы разошлись в развитии с этими неугомонными баловниками всего какой-то миллиард лет назад, однако и сейчас около 25% генов пекарских дрожжей родственны генам человека.
Это навело ученых на мысль о том, что такие грибки можно «гуманизировать», то есть заменить некоторые их гены на аналогичные гены человека. Получившийся мутант оказался вполне жизнеспособным! В дальнейшем биологи думают заменить в дрожжах весь возможный генетический материал на человеческий, чтобы использовать модифицированный организм для тестирования лекарств. Тут уж защитникам животных, которые в последнее время добрались даже до мышей, будет нечего возразить!
