Мой друг, паразит

     Например, благодаря паразитам на Земле появился секс. Правда, под сексом мы здесь понимаем не эротические утехи, а перетасовку геномов. Как известно, наши клетки несут двойной набор хромосом, от папы и от мамы, и, скажем, гену, влияющему на цвет глаз и расположенному на маминой хромосоме, соответствует такой же «цветный» ген на папиной. При формировании половых клеток отцовские и материнские хромосомы обмениваются собственными кусками, так что генетический материал перемешивается (этот процесс называется кроссинговером). В итоге наши яйцеклетки и сперматозоиды несут новую комбинацию генов, не совсем похожую на ту, что мы получили от родителей. Остается только заняться сексом и обеспечить встречу яйцеклетки со сперматозоидом, чтобы перетасованная генетическая «колода» смогла реализоваться в новом организме. Эротика – лишь последняя стадия сложного процесса, обеспечивающая перетасовку геномов родительской пары.

Паразитоид оса, семейство Figitidae. Фото: Katja Schulz

При чем здесь паразиты? При том, что им приходится преодолевать защитные системы хозяина – иммунитет сделает все, чтобы паразит, попав в организм, там не задержался. Но работа иммунных клеток и молекул зависит от множества генов. В результате их перетасовки возникают новые генетические «коллективы», которые лучше или хуже справляются с паразитами, а отбор уже закрепляет наиболее удачные варианты – те особи, у кого новая комбинация иммунных генов эффективнее отражает вторжения извне, выживут и оставят потомство. Иными словами, борьба с паразитами заставляет искать большего генетического разнообразия, и половое размножение, при котором происходит перекомбинация генов, оказывается здесь весьма эффективным инструментом.

Это удалось подтвердить как компьютерными моделями, так и наблюдениями за паразитами и их хозяевами. В качестве примера можно привести работу, опубликованную несколько месяцев назад в Science. Исследователи из Университета Северной Каролины экспериментировали с мухами дрозофилами и паразитическими осами, которые откладывают яйца в мушиные личинки, – осиная личинка развивается в теле личинки мухи, а когда вылупится, то начинает буквально проедать себе ход наружу. Если мушиная личинка-хозяин выживет, и если она, кроме того, окажется самкой, то в будущем, при созревании яйцеклеток, гены в них будут перемешиваться активнее, чем у самок, которых в юности никто не ел. Здесь молекулярные процессы, сопровождающие половое размножение, напрямую чувствуют паразитическую угрозу; однако такое прямое влияние вовсе не обязательно – само наличие кожных кровососов, кишечных червей и т. д. заставляет хозяина размножаться половым путем.

Кроме паразитов, повышение генетического разнообразия в популяции происходит под действием бактерий (которых тоже, в общем-то, можно назвать паразитами), но также и под влиянием хищников, и из-за различных экологических неприятностей, например, при недостатке пищи или при климатическом стрессе. Половое размножение помогает виду быстро найти оптимальное генетическое решение проблемы, но в целом разговор о пользе паразитов, а равно и хищников сводится здесь к известному выражению «все, что не убивает, делает нас сильнее». А есть ли какая-то прямая выгода от неприятных созданий, живущих за чужой счет?

Здесь нужно вспомнить о вирусах, которых можно назвать облигатными паразитами – то есть такими, которые вне хозяина не выживают. Насчет вирусов биологи до сих пор не могут решить, считать ли их живыми: ведь их «тело» – не клетка и не скопление клеток, а всего лишь наследственная молекула, ДНК или РНК, в упаковке из белков и остатков клеточных мембран. Тем не менее, вирусы способны размножаться, только для этого им нужно попасть в клетку – здесь они вовсю используют ее энергетические ресурсы и молекулярные машины, предназначенные для чтения генетического кода и синтеза белка. Образ жизни, как видим, вполне паразитический.

Как показали недавние исследования, в нашем геноме есть несколько полезных генов, которые пришли к нам от вирусов. Причем полезных – еще слабо сказано: некоторые ученые полагают, что вирусные гены помогли появиться многоклеточным организмам. У вирусов есть белки, с помощью которых они взламывают клеточные мембраны, чтобы проникнуть внутрь. У нас же есть ткани, сформированные слившимися вместе клетками: их можно найти в коже, в костях, в мышцах, да что там – ведь процесс оплодотворения тоже представляет собой слияние двух клеток, яйцеклетки и сперматозоида. И вот оказалось, что наши белки, которые помогают клеткам сливаться, очень похожи на вирусные молекулы-«взломщики», и такое сходство с большой вероятностью говорит о том, что от вирусов они к нам и попали. А многоклеточность? На этот счет существует гипотеза, согласно которой «белки слияния», изменившись в ходе эволюции, стали «белками слипания», так что клетки получили возможность прочнее держаться друг за друга.

А вот исследователи из сингапурского Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A*STAR) пришли к выводу, что благодаря генам ретровируса HERV-H эмбриональные стволовые клетки сохраняют свою плюрипотентность, то есть способность превращаться в специализированные клетки других типов – благодаря ей стволовые клетки, которые к тому же все время самообновляются, дают начало всем органам и тканям. В нашем геноме есть около тысячи копий HERV-H, и если подавить их активность, то эмбриональные клетки утрачивают свои стволовые характеристики: у них появляется специализация, они становятся похожи на фибробласты соединительной ткани и заодно теряют способность бесконечно делиться и оставаться вечно молодыми. Есть также данные, что сходный вирус под названием HERV-K, активируясь на третий день развития зародыша, защищает его от других вирусов. И уж совсем неожиданно выглядят результаты исследователей из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса, которые обнаружили, что вирусные гены помогают иммунной системе увидеть некоторые чужеродные молекулы, когда они появляются в организме, и запускать синтез антител против них.

 Как вообще получается так, что у нас есть вирусные гены? Многие вирусы, попав в клетку, копируют себя в ДНК хозяйской клетки, – это можно сравнить с тем, как мы копируем содержимое флешки на жесткий диск. Так, например, поступает ВИЧ: генетическая информация записана у него в РНК, с которой после заражения делается ДНК-копия, а она уже вставляется в хромосому. В таком виде у вируса много преимуществ: клетка-хозяин, если задумает делиться, вместе со своими генами скопирует и вирусные, так что дочерняя клетка сразу окажется зараженной. В неблагоприятных условиях вирус может «уснуть», то есть стать неактивным, перестать продуцировать новые вирусные частицы. Если спящий вирус окажется в половых клетках или сумеет проникнуть в эмбрион на раннем этапе развития, когда предшественники половых клеток еще не сформировались, его ждет долгое путешествие из поколения в поколение. Постепенно в нем накопится множество мутаций, так что он станет неактивным и навредить клетке уже не сможет. Считается, что около 8 % человеческого генома представлено бывшими вирусами, и их остатки до недавнего времени считались мусорной, нефункциональной ДНК, генетическим балластом. Но, как видим, от навсегда уснувших в нашем геноме вирусов может быть огромная польза – и кто знает, какими еще масштабными эволюционными достижениями мы им обязаны. 

Однако польза эта проявляется спустя десятки и сотни тысяч лет. К тому же речь тут идет о вирусах, а паразиты у нас все-таки ассоциируются с какими-нибудь кровососущими насекомыми или кишечными червями-гельминтами. Можно ли ожидать чего-нибудь хорошего от такого червя, и не в отдаленном будущем, а прямо сейчас, в пределах жизни хозяина? И снова ответ – да: желудочно-кишечные паразиты, как сейчас становится ясно, помогают иммунитету работать правильно. Эксперименты на мышах показали, что ленточные черви предотвращают воспалительный перегрев иммунной системы при бактериальной инфекции. При воспалении уничтожаются патогены и больные клетки, но одновременно под удар попадают здоровые ткани. Чтобы потери среди «мирного населения» были минимальны, в иммунную систему встроена сложная система авторегуляции, благодаря которой ответные действия иммунитета будут в точности такими, как надо, не сильнее и не слабее. Если же регуляторная система не работает, то у нас могут начаться большие проблемы: вялотекущее воспаление плохо сказывается на всем организме, от обмена веществ до мозга.

И вот как раз паразиты помогают настроить систему регуляции иммунитета в самые первые дни жизни. Если у экспериментальных мышей не было червей в кишечнике, то в будущем бактериальные инфекции провоцировали у них более сильную, чем требовалось, иммунную реакцию, что, в свою очередь, сказывалось на мозге – такие животные хуже обучались и хуже запоминали. Конечно, можно сказать: это у мышей, а у человека дела наверняка обстоят иначе. Однако в 2009 году был описан случай, когда паразитический червь власоглав ослаблял аутоиммунную реакцию у пациента, страдающего язвенным колитом: при этом заболевании иммунные клетки атакуют кишечный эпителий и дружественную кишечную микрофлору. Клинические наблюдения подтвердились в экспериментах с приматами: власоглавы действительно подавляли воспаление и помогали микрофлоре вернуться в норму. Скорее всего, такой эффект связан с умением гельминтов противостоять иммунитету – как и всяким паразитам, им важно, чтобы иммунная система их не замечала. Но по ходу эволюции стало ясно, что старания червей усыпить хозяйскую иммунную систему можно использовать для ее же корректировки.

Сама идея, что паразиты могут быть полезны иммунитету, не нова. Около 10 лет назад возникла гипотеза, объясняющая широкое распространение аутоиммунных заболеваний тем, что современный человек оказался практически избавлен от паразитов. Поначалу это звучало странно, однако со временем появились доказательства в пользу необычной теории. Но пока в нашем последнем «плюсе» в пользу паразитов есть еще много неясного. Феномен активно исследуется, и заражать всех в обязательном порядке какими-нибудь червями во избежание иммунных неполадок пока никто не предлагает.