Роль вирусов в природе и жизни человека
Общепринятая точка зрения состоит в том, что единственная функция вирусов — вызывать болезни, страдания и смерть. Это неполно и неточно. Я попытаюсь объяснить, почему. К сожалению, чтобы понять большую часть этого, мне нужно ввести некоторые сложные понятия из микробиологии, генетики и этиологии. Я надеюсь, что среднестатистический читатель поймет большинство из них.
Вирусы вызывают многие известные заболевания: герпес, гепатит В, желтая лихорадка, вирусный менингит, ветряная оспа, простуда, мононуклеоз, свинка, бешенство, полиомиелит, опоясывающий лишай, оспа, бородавки, вирусная пневмония, СПИД и некоторые виды рака.
Определение вируса было непростой задачей с самого начала их открытия, потому что каждый раз, когда ученые придумывают хорошее определение, кто-то обнаруживает вирус, который нарушает правила. Лучшее, что у нас есть на данный момент: вирусы — это сущности, которые заражают клеточную жизнь. Они очень разнообразны. У простейших вирусов есть всего пара генов, состоящих из РНК или ДНК, завернутых в белковую оболочку. У других есть сотни генов, больше, чем у некоторых бактерий. Основываясь на фактических критериях того, что представляет собой живое существо и что оно делает, вирусы не считаются живыми существами. Вирусы не растут, не метаболизируются и не поддерживают постоянную внутреннюю среду. Итак, по этому определению вирусы не являются “живыми”.
Вирусы – настоящие нахлебники: они проникают в наши клетки, поедают нашу пищу и полагаются на наш гомеостаз (их любимая температура — это температура тела!).
Все вирусы в конечном счете являются паразитами. Для репликации им требуется хост, организм «хозяина». Они не могут генерировать свою собственную энергию, как это делают нормальные (человеческие) клетки.
Название Вирус происходит от латинского слова virus, означающего ”слизистая жидкость“ или «яд”. Самые ранние указания на биологическую природу вирусов были получены в результате исследований, проведенных в 1892 году русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановским и в 1898 году голландским ученым Мартином В. Бейеринком, опубликовавшем работу по табачной мозаике, в которой выдвигалась гипотеза о том, что вирус является некоторой жидкой материей.
Вирус — это инфекционный агент небольшого размера и простого состава, который может размножаться только в живых клетках животных, растений или бактерий. Их размеры варьируются примерно от 20 до 400 нанометров в диаметре (1 нанометр = 10-9 метра), что примерно в 100 раз меньше, чем у среднестатистических бактерий, и их можно наблюдать только с помощью электронной микроскопии. Тогда как, самые маленькие бактерии имеют размер около 400 нанометров.
Происхождение вирусов
В научных кругах существуют три распространенные теории о происхождении вирусов. Некоторые ученые выдвигают гипотезу, что вирусы «эволюционировали» из бактерий путем естественного отбора. В этом процессе, когда они становятся паразитами, они теряют все сложные белковые структуры, необходимые бактериям. Из-за их простоты другие исследователи поддерживают теорию о том, что вирусы были первой формой жизни и что бактерии произошли от них (как и вся остальная жизнь). Огромная проблема с этой теорией заключается в том, что вирусы не являются живыми существами, и для того, чтобы размножаться и производить АТФ (аденозинТрифосфат -универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах), им требуются все сложные клеточные механизмы, присутствующие в бактериальных клетках.
Другие ученые предполагают, что произошел обратный симбиоз и что вирусы возникли из частей клеток, таких как бактериальные плазмиды и другие органеллы, и в конечном итоге эволюционировали в отдельные формы жизни.
До сих пор не хватает доказательств для каждой из этих теорий. На сегодняшний день не существует четкого объяснения происхождения вирусов.
В чем преимущества вирусов?
В то время как наиболее известные вирусы вызывают болезни у людей, существуют вирусы, которые поражают организмы любого типа, от растений и животных до микробов. Охотясь на других существ, вирусы играют определенную роль в естественном отборе. Этот отбор имеет большое значение на микробном уровне из-за огромного количества вирусов, существующих в окружающей среде.
Коронавирус SARS-CoV-2
Многие вирусы растений придают растениям устойчивость к засухе или холоду. Мы не всегда знаем, как это работает, но, например, повышенный уровень сахара очень часто встречается в зараженных вирусом растениях. Большее количество сахара позволяет растительным клеткам удерживать больше воды, защищая их от засухи. А вы знаете, что по-настоящему сладкие продукты замерзают медленно, потому что дополнительный сахар делает растения более холодостойкими?
А у животных, к примеру, у мышей, вирусы герпеса придают устойчивость к бубонной чуме. Это потому, что вирус герпеса, дремлющий в организме мыши, активизирует иммунную систему мыши и делает ее более способной бороться с чумой.
Аналогичным образом, у людей вирус гепатита G может обеспечить некоторую защиту от СПИДа. Гепатит G, который теперь называется пегивирусом или GB-вирусом C, довольно часто встречается у людей и, как известно, не вызывает никаких заболеваний. Но это действительно влияет на иммунную систему различными способами. Если люди сначала инфицированы гепатитом G, а затем ВИЧ, требуется больше времени, чтобы ВИЧ перешел в СПИД.
В изученных водных экосистемах (океанах) вирусы встречаются чаще, чем бактерии, в соотношении примерно 10 к 1. Вирусов больше, чем звезд во Вселенной! Большинство этих океанических вирусов заражают бактерии. И, в целом, вирусов может быть больше, чем всех других биологических форм на земле. Часть этого вирусного “выпаса” влияет на системы, которые мы можем наблюдать — например, одна исследовательская группа обнаружила, что вирусы способствуют прекращению цветения водорослей, росту фотосинтезирующих организмов на поверхности морей или пресных вод, которые могут простираться на тысячи миль.
Вирусы и бактерии – великое противостояние
Важность вирусов тесно связана с важностью бактерий. Мы не можем обсуждать роль вирусов, не упомянув роль бактерий и взаимосвязь между ними и людьми. Как однажды заметила Линн Маргулис, микроорганизмы долгое время считались «крошечными существами, которые в первую очередь являются микробами и патогенами».’ В отличие от этого общественного имиджа, бактерии лежат в основе нашей системы жизнеобеспечения. Они снабжают нашу плодородную почву и атмосферные газы. Они очищают наше водоснабжение, играют определенную роль в стабилизации концентрации азота в атмосфере, регулируют кислотность или щелочность почвенной среды и, таким образом, в целом обеспечивают пригодность нашего мира для жизни.
В настоящее время появляется представление о нормальной взаимосвязи между вирусами и генами — это не столько отношения хозяин/захватчик, сколько отношения, более похожие на то, как пчелы переносят пыльцу с цветка на цветок, вызывая таким образом перекрестное оплодотворение. Вирусы несут в себе не только свои собственные гены, но и гены других существ, особенно бактерий. Бактерии передают генетическую информацию друг другу с помощью нескольких процессов, таких как перенос пили (нитевидные белковые структуры, расположенные на поверхности клеток многих бактерий), в настоящее время считается, что вирусные векторы для доставки генетического материала в клетку очень важны.
Треугольник Бактерии-Вирусы-Люди
В некоторых кругах считается, что вирусы превращают все бактерии в один гигантский глобальный ‘суперорганизм’ и что вирусы обладают замечательным механизмом создания генетического материала и обмена им. Основным классом генов, которыми обмениваются, являются гены устойчивости к антибиотикам, а также гены, которые позволяют бактериям разлагать токсины (такие как полихлорированные дифенилы) или преобразовывать ртуть в менее вредные формы. Эта способность играет важную роль в развитии устойчивости к антибиотикам, вырабатываемым другими организмами, позволяя бактериям выживать и помогая поддерживать баланс, столь важный для экологии.
Традиционное понимание того, что вирусы — это инопланетные захватчики, конкурирующие с людьми в борьбе не на жизнь, а на смерть за производство клеток, в настоящее время считается чрезмерно упрощенным, если не сказать неверным. Обычно вирусу нецелесообразно (неразумно) убивать своего хозяина, поскольку это может привести к гибели вируса. Они умны и хотят жить в нас в симбиотических отношениях. Таким образом, вирусы должны иметь резервуар видов-хозяев, в котором они могут жить постоянно, иначе они вскоре вымрут. СПИД, например, заражает некоторых обезьян, не вызывая болезни или смерти, и, вероятно, живет у них в дружеских отношениях на протяжении нескольких поколений. Организм — хозяин должен переносить их довольно хорошо — на самом деле некоторые виды вирусов образуют симбиотические отношения со своими хозяевами. В одном исследовании изучался меконий — первый кал новорожденного — и не было обнаружено никаких признаков наличия вирусов. Однако всего через 1 неделю после рождения каждый грамм кала ребенка содержал около 100 миллионов вирусных частиц, большинство из которых были бактериофагами (“убивающими бактерии”). Наш virome действительно является спутником на всю жизнь.
Идеальный сценарий для вируса — это когда его способность к передаче высока, а уровень смертности низок.
Идеальный шторм
Вот как новый коронавирус сравнивается с другими инфекционными заболеваниями с точки зрения смертности и контагиозности.
Патогенные вирусы — это лишь «верхушка айсберга», и чем больше мы узнаем о биологическом мире, тем больше ученых приходят к пониманию важнейшей роли, которую вирусы играют в жизни. Тот факт, что так мало видов микроорганизмов являются патогенными, свидетельствует в пользу мутационной теории происхождения вредных вирусов. Еще одним доказательством является тот факт, что обычно большинство штаммов не являются патогенными, и только один штамм или несколько штаммов вызывают проблемы. Кроме того, часто вирусы убивают не напрямую, а косвенно, искажая иммунный ответ человека.
Подводя итог в самой простой форме, можно сказать, что, хотя вирусы могут нанести большой вред, они также играют роль, которая часто остается незамеченной. Подобно маленькому ручью, бегущему по расщелинам, или ветру, разрушающему грубые камни, вирусы формируют ландшафт микробного мира и, таким образом, меняют форму жизни на Земле.
Во время беседы освещены проблемы, преодолеть которые возможно только сообща. Прозвучали предложения по консолидации совместных усилий СО НКО и медицинских структур края для решения этих вопросов и проведения мероприятий, способствующих улучшению качества жизни населения.