Считать ли вирусы живыми?
Судя по их белкам, вирусы возникли почти одновременно с древнейшими клетками и с тех пор развивались как самостоятельная группа.
Обычно, когда рассуждают о происхождении и развитии жизни на Земле, вирусы предпочитают держать в стороне: уж слишком их неклеточная организация расходится с представлением, что всякая жизнь - это, прежде всего, клетка. Существует вполне уважаемая гипотеза, согласно которой вирусы - всего лишь взбесившиеся молекулярные комплексы, которые по ходу развития жизни периодически формируются из обломков клеточных геномов. Однако есть и другая точка зрения, которая даёт вирусом звание четвёртого домена жизни, наряду с бактериями, археями и эукариотами.
Активными сторонниками «живых» вирусов выступают Густаво Каэтано-Анольес (Gustavo Caetano-Anollés) и его коллеги из Университета Иллинойса. Выводы учёных основываются на эволюционной картине родства разных групп жизни относительно друг друга. Обычно развитие и происхождение того или иного вида оценивается по его ДНК: гены разных видов, отрядов, семейств и т. д. сравниваются друг с другом, и в итоге становится примерно ясно, кому сколько лет и кто чей родственник. Самые-самые древние гены есть обычно у всех организмов, от бактерий до человека, и чем моложе вид, тем больше у него попадается генетических «инноваций».
Однако на сей раз исследователи решили искать не в ДНК, а в белках, в пространственном строении белковых молекул. Давно известно, что каждый вид белков обладает уникальной 3D-структурой, которая в конечном счёте определяет его свойства и функции. Но трёхмерный портрет молекулы слагается из разных «кирпичей», или, лучше сказать, строительных блоков - структурных мотивов. Полипептидная цепь одним своим фрагментом может быть свёрнута так, другой фрагмент уложен как-то иначе и т. д., и такие структурные мотивы повторяются у разных белков. Однако в сумме они дают уникальную архитектуру, которая может быть похожа на другие, но всё-таки является индивидуальным портретом конкретного белка.
По словам авторов работы, такие структурные мотивы могут быть настоящими живыми ископаемыми, которые без изменений существуют миллионы и миллиарды лет, путешествуя от белка к белку. И в случае с вирусами они могут быть намного более надёжными свидетелями эволюции, нежели ДНК или РНК. Вирусные геномы мутируют чрезвычайно быстро, и в них очень трудно вычленить среди моря мутаций такие, которые бы указывали именно на эволюционное сходство или разницу между вирусными группами. Нуклеиновые кислоты допускают большую степень изменчивости, однако на уровне белковой молекулы эти изменения в ДНК нивелируются, чтобы самое важное - пространственная укладка белковой молекулы - осталось неизменным.
Исследователи проанализировали все известные структурные мотивы беловых молекул на примере более чем 5 000 видов организмов, среди которых было 3 460 вирусов. В результате удалось найти 442 белковые укладки, общие для вирусов и для клеточных форм; ещё 66 мотивов оказались уникально-вирусными. В статье в Science Advances авторы строят новое древо жизни, но уже с вирусами, которые, как они полагают, произошли от древнейших клеток. Видимо, вирусные клеточные предки обладали сегментированным РНК-геномом (то есть состоящим из нескольких фрагментов РНК), кусочки которого вирусы могли вынести наружу, обернув для защиты белками.
Двумя годами ранее Каэтано-Анольес с сотрудниками опубликовали в BMC Evolutionary Biology другую статью на ту же тему, с акцентом на гигантские вирусы, вроде мимивируса, чей геном превосходит по объёму информации некоторые геномы клеточных организмов. Любопытно, что у мимивируса зачем-то есть гены, необходимые для синтеза белка (как известно, у вирусов нет своего белок-синтезирующего молекулярного аппарата, они пользуются мощностями заражённой клетки). В той работе была высказана гипотеза, что в далёком прошлом все вирусы были гигантскими и обладали гораздо более обширными геномами, чем мы видим у большинства из них сейчас. То есть неклеточность, которая так смущает биологов, вполне могла быть обычным движением от сложного к простому, как это можно видеть на примере эволюции паразитов. Что же до отсутствия у современных вирусов самостоятельно удваивать свой генетический материал и вообще размножаться, то здесь можно вспомнить про некоторые грибы и бактерии, которые не могут жить вне хозяйской клетки - вирусы похожи на них, хотя у бактерий и грибов есть собственные инструменты для манипуляций с ДНК, РНК и т. д.
В общем, если судить по вирусным белкам, то окажется, что вирусы не только встроены в общий путь развития жизни, но и появились на свет где-то у его истоков. И, что самое главное, обладали собственной эволюцией, развиваясь, как единая группа. Необходимо подчеркнуть, что речь идёт не том, являются ли вирусы живыми - то есть соответствуют ли они некоему предначертанному идеалу живого.
Исследователи лишь выясняют, можно ли называть их так, то есть в каких связях с уже имеющейся жизнью они находятся, развивались ли в её русле или представляют какой-то странный вид существования материи. Пока что известно менее 4 900 вирусов, хотя по некоторым оценкам их насчитывается более миллиона видов (при всей сомнительности термина «вид» в применении к вирусам), так что дальнейшие открытия здесь могут добавить гипотез относительно того, что такое вирусы и как они появились на Земле.