Ни жив ни мертв

В систематике сущего вирусы занимают не какой-нибудь скромный класс, а целое царство – доклеточных. Все остальное, от синих китов до ничтожных бактерий, имеет клеточное строение. Это главная причина того, что принадлежность вирусов к сущему очевидна, а вот отношение к живому условно. С одной стороны – какая там жизнь, если у них даже клетки нет. С другой – активная роль вирусов в нашем прошлом, настоящем и неизбежном будущем вынуждает задумываться не только об их «живости», но и, грешным делом, о разумности.

 ЧТО ВООБЩЕ отличает живое от неживого? Живое является таковым в течение определенного срока – оно рождается и умирает. Оно биохимически автономно (то есть существует благодаря собственному обмену веществ), может размножаться и передавать потомству свои особенности. Вирус, будучи облигатным (то есть вынужденным) паразитом, на эти простые вещи способен только после встречи с организмом, за счет и внутри которого будет жить. До этого события он больше похож на химическую структуру: нуклеиновая кислота, оболочка, кое-какие специфические белки, в целом – полная инертность. Из-за этой противоречивости биологи отвели вирусу туманную область на границе между живым и неживым (к слову, там расположились еще два недоизученных инфекционных объекта: вироид, состоящий только из нуклеиновой кислоты, и белковый прион). Антикомплимент мировой науке: несмотря на крайнюю проникновенность наших взаимоотношений с нанопаразитами, мы знаем о них слишком мало.   

ДО СИХ ПОР эта микроармия, имея общую схему строения и развития, не имеет родословной, которую принимали бы все вирусологи. Есть только гипотезы происхождения. Одна считает вирусы потомками одноклеточных (например, бактерий), которые прошли дегенеративную эволюцию – «развитие наоборот». Этому противоречит их многообразие, которое стало аргументом в пользу второй концепции: происхождения от протобионтов, доклеточных форм жизни. Наиболее фантастичной казалась поначалу третья гипотеза: о том, что вирусы – это «сбежавшие» (точнее было бы сказать «блудные») генетические структуры, которые добились относительной независимости от клеток, хотя жить способны только внутри них. Но именно эта версия объясняет и разнообразие вирусов (от простых до сложных, от паразитов грибов до паразитов животных), и их общность, и постоянные пополнения в их полку.

ДОЛГОЕ ВРЕМЯ ученые считали вирусы инертными кристаллами – уж очень лаконично они устроены. Вирус становится «полноценным» после проникновения в клетку – до этого, в состоянии покоя, он называется вирионом. В его сердцевине находится геном, наследственный материал в виде нескольких (или вообще одной) молекул нуклеиновой кислоты – ДНК (дезоксирибонуклеиновой) или РНК (рибонуклеиновой). В этом «или» – принципиальное отличие вирусов от клеточных организмов: у всех истинно живых присутствуют ДНК и РНК одновременно. При этом генетический материал представлен в вариантах, которые для клеток немыслимы: одноцепочечная ДНК (мы все представляем ее только в виде двойной спирали), двухцепочечная РНК... Похоже на метод проб и ошибок, оттачивание мастерства, которым природа занималась задолго до появления клетки в ее теперешнем виде.

К ДНК-содержащим относятся многие бактериофаги (пожиратели бактерий), возбудители оспы, герпеса, гепатита В, некоторые паразиты растений. Большинство «человеческих» вирусов содержат РНК, в том числе хорошо знакомый нам обычный грипп, полиомиелит, гепатит А, вирусы свинки и кори, бешенства, клещевого энцефалита, а также его величество ВИЧ.

ВИРУСНАЯ СЕРДЦЕВИНА ОДЕТА в белковый чехол – капсид, который защищает геном от воздействий окружающей среды. Эта упаковка образована строго определенным для каждого вида количеством деталей – капсомеров. Например, у вируса полиомиелита их всего 60, у табачной мозаики – 2000. Капсомеры задают геометрическую структуру вирионов: сферическую (как грипп или ВИЧ), палочковидную (как вирус табачной мозаики), кубоидальную (оспа) и сперматозоидную (так выглядят большинство бактериофагов).

ПРОСТЫЕ ВИРИОНЫ (та же табачная мозаика) включают только нуклеиновую кислоту и один вид белка, сложные (грипп или герпес) могут содержать еще углеводы и некоторые ферменты, а также имеют дополнительную липопротеиновую оболочку – суперкапсид. Но даже такие «навороты» совсем не отягощают вирусы. Их размеры колеблются от 20 до 350 нанометров (как мы помним, нанометр (нм) – это одна миллионная миллиметра). Возбудители полиомиелита не превышают 40 нм, гриппа – 80–120 нм. Вирусы оспы и трахомы – гиганты «ростом» 200–300 нм: это величина самых мелких бактерий, которые можно рассмотреть в световой, а не электронный микроскоп.

ПРОСТОТУ УСТРОЙСТВА вирусов можно было бы принять за примитивность, не будь они так разнообразны генетически. Их лаконичность вторична, она отшлифована при освоении особой, внутриклеточной среды. Творческая искра, с которой этот дремлющий агент подчиняет себе жертву, отличает его от других возбудителей инфекций и помещает на высшую ступень облигатного паразитизма.

Как мы уже знаем, инертность вируса заканчивается, когда он проникает в клетку-хозяина. Не слишком удачное название, поскольку с этого момента хозяином положения становится захватчик: он «раздевается» (сбрасывает оболочку) и начинает управлять биосинтетическими процессами, заставляя клетку синтезировать чужие нуклеиновые кислоты и белки. Из этих компонентов происходит сборка новых бойцов, готовых к дальнейшей оккупации.

ПОДХОДЯЩЕГО ХОЗЯИНА вирус находит, «ощупывая» клетку отдельными участками капсида: если на поверхности нет специфических «узнающих» рецепторов, значит, она не годится для инфицирования, и поиски продолжаются. Но если «ключ» подходит к «замку», вирион прикрепляется к оболочке, проникает внутрь (или просто «впрыскивает» туда свой геном) и приступает к репликации – самовоспроизведению.

Репликация ДНК- и РНК-вирусов различается. С вирусной ДНК генетическая информация сначала «переписывается» на матричную, информационную РНК, которая затем перемещается к рибосомам – клеточным «фабрикам белка», и перепрограммирует их на производство своего добра. Вирусная ДНК тем временем штампует свои копии, которые объединяются со свежим белком в дочерние вирионы. Это потомство отправляется плодиться дальше. Иногда вирус даже не убивает клетку – она продолжает жить и размножать своего захватчика.

У РНК-вирусов геном сразу работает как матричная РНК. Кроме ретровирусов (к ним, например, относится ВИЧ), у которых все протекает оригинальнее. Их РНК переписывается в ДНК, которая затем встраивается в хозяйскую хромосомную ДНК, делая ее матрицей для производства вирусных РНК.

Именно на этапе репродукции в короткой жизни вируса появляется смысл, который, собственно, и формирует его отчасти киношный образ – с мифами, легендами, научными трудами и интеллектуальными триллерами. Из-за ошибок в считывании генома при штамповке вирусных копий происходят мутации. Это изменение последовательностей нуклеиновых кислот – обычный процесс в любой клетке, спонтанный или индуцированный (вызывается, например, химическими мутагенами). Изменения могут быть совсем незначительными, но каждое из них дает вирусу шанс обойти или изменить «условия игры».

Иногда вирус проникает в клетку, чтобы тихо там «пересидеть»: его геном не реплицируется, а встраивается в ДНК хозяина, «растворяясь» в ней. В этом интегрированном виде паразит называется провирусом. Такую стадию имеет в своем жизненном цикле ВИЧ, но это пример продуктивного заражения. А бывают латентные инфекции, когда вирус ничем себя не проявляет, и могут пройти годы, прежде чем он проснется под влиянием внешних условий. Или попадет в другой организм – возможно, что и совершенно другого вида. Хрестоматийный пример – все тот же ВИЧ, полученный человеком от обезьян, или возбудитель атипичной пневмонии, хранителями которого оказались дикие азиатские кошки.

ЦЕЛЬ ТАКОГО ПУТЕШЕСТВИЯ – не просто любой ценой размножаться, но и совершенствоваться. Без постоянной работы над собой вирусы давно погибли бы в бою с защитными силами своих хозяев. При этом было бы неважно, кто кого победил, потому что со смертью жертвы вирус лишается возможности реализовать свой спящий потенциал.

Как проходят эти бои живого с полуживым? Вирус встречает множество преград на пути к своей мишени. Первая из них – пространство, которому паразит противопоставляет свою огромную численность: из миллионов копий хоть какой-то непременно повезет попасть в организм хозяина. Если этот хозяин – существо не одноклеточное, а, скажем, млекопитающее, вирусу нужно проникнуть либо в кровь, либо на слизистые оболочки. И там, и там к встрече готовятся: слизь просто смывает опасную мелкоту, иммунные клетки крови отслеживают любые подозрительные белки. Если вирус знаком организму, то есть бывал здесь раньше в виде вакцины или инфекции, на него уже сформированы антитела, которые избирательно связывают его характерные молекулы – антигены. Даже если антител еще нет, они производятся после заражения и блокируют работу антигенов, затем запускаются клеточные иммунные реакции, пораженная клетка уничтожается, в кровь выбрасывается белок интерферон, который делает клетки менее восприимчивыми к вирусам.

Вирусная геометрия на примере патогенного Noravirus: пяти- и шестиугольные элементы капсида складываются в усеченный икосаэдр (такую же форму имеет футбольный мяч)

Есть возбудители поумнее: например, вирусы иммунодефицита не мелочатся и сразу поражают иммунные клетки хозяина. У гриппа другая тактика: в борьбе за клетку он прибегает к обманным маневрам, что позволяет ему встречаться с нами чаще. В составе его капсида имеются белки-антигены гемаглютинин (H) и нейраминидаза (N), по которым антитела находят паразита. Но если эти белки хоть немного модифицируются или даже изменят свое расположение в оболочке, организм их просто не узнает. Этот процесс – антигенный дрейф – вызывается точечными мутациями в генах, которые кодируют поверхностные белки. Его последствия мы наблюдаем каждый год (а чаще активно участвуем) во время эпидемий.

ЕЩЕ БОЛЬШИЕ ВОЗМОЖНОСТИ предоставляет нашим героям реассортация – «вирусный микс», когда у нескольких видов смешиваются целые сегменты генома в разных комбинациях, образуя гибриды (для этого клетка должна быть заражена этими видами одновременно). В результате получается совершенно новый штамм, химера, обладающая не только новыми антигенными свойствами, но и новым эпидемическим потенциалом, который позволяет пересекать межвидовые барьеры, перебираясь, скажем, от хозяина-птицы к хозяину-свинье, а потом к человеку. Случается это реже, раз в одно или несколько десятилетий, и несет куда более серьезные последствия в виде пандемий – эпидемий, которые охватывают практически весь мир. Самый страшный пример пандемии – испанский грипп, или испанка, которая в 1918–1920 годах унесла больше жизней, чем Первая мировая война; самый свежий – недавно отшумевший «свиной» грипп. Каким будет новый «коктейль», точнее, антигенная структура очередного вируса, предсказать невозможно, а значит, нельзя запастись нужной вакциной и заранее знать интенсивность эпидемии. Что касается мест возникновения, таким экспериментам очень способствует жаркий климат и перенаселенность, поэтому экзотические «новинки» приходят к нам обычно из Юго-Восточной Азии.

Белые пятна в биографии и крайняя изворотливость в сложных ситуациях создали вирусам репутацию микроско�