Гигантские вирусы: какие существа скрываются в вечной мерзлоте
Слишком крупные
Вирусы — это крошечные микроорганизмы, не видимые в обычный микроскоп и проникающие сквозь стерилизационные фильтры. Их открыл русский ученый Дмитрий Ивановский более ста лет назад. Однако в наше время эти представления пришлось уточнить. Ученые выявили вирусы размером в микрометр и больше. Их назвали гигантскими — они уже видны в оптический микроскоп.
Исследователи признают, что заметить гигантские вирусы ранее препятствовал "эпистемологический барьер": все, что крупнее 0,3 микрометра, априори относили к бактериям. Вот почему гигантский мимивирус, выделенный из канализационных стоков в английской больнице, где лежали больные во время вспышки пневмонии 1996 года, идентифицировали, собственно, как вирус только в 2003-м.
В 2014 году два семейства гигантских вирусов обнаружили в образцах грунта из вечной мерзлоты, добытых на северо-востоке Якутии. Им 30 тысяч лет.
"В нашей лаборатории мы изучали амеб и других протистов, сохраняющихся в вечной мерзлоте. Когда открыли гигантские вирусы, французские ученые предложили нам сотрудничать и поискать эти организмы в Сибири", — рассказывает Любовь Шмакова, старший научный сотрудник лаборатории криологии почв Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.
Эти существа назвали питовирусами (Pithovirus sibericum) и молливирусами.
Любовь Шмакова держит керн мерзлой породы © Фото : Любовь Шмакова / ИФХиБПП
Богатый вирусный геном
Сейчас известны четыре семейства гигантских вирусов — мимивирусы, пандоравирусы, питовирусы и молливирусы. Все они заражают акантамеб — обитающих в почве одноклеточных. Найденный в мерзлоте питовирус — самый крупный, его длина 1,5 микрометра.
Питовирус в клетке зараженной амебы, снимок сделан при помощи электронного микроскопа © Julia Bartoli and Chantal Abergel, IGS and CNRS-AMU
Содержимое вируса завернуто в своеобразный складчатый конверт толщиной 60 нанометров, изнутри выложенный липидами. Чтобы проникнуть в амебу, питовирус мимикрирует под бактерию. Когда он оказывается внутри клетки, в его оболочке открывается отверстие, липидная мембрана разрывается, образуя канал, по которому содержимое вируса выдавливается в цитоплазму жертвы. В результате в амебе возникает что-то вроде фабрики по репликации копий полноценных вирусов.
Удивительно то, что "фабрики" могут быть атакованы частичками тех же самых гигантских вирусов — вирофагами. Первые из обнаруженных вирофагов назвали русским словом "спутник" (Sputnik), имея в виду, что они всегда сопровождают вирус, словно орбитальные аппараты планету. У спутников есть собственный крохотный геном, кодирующий 21 белок. Попав на "фабрику" с ее ресурсами, вирофаг впрыскивает белки и размножается. То есть это паразит внутри паразита.
Мимвирус (красный) и его вирофаг "спутник" (зеленый) размножаются в акантамебе © Фото : URMITE/ Christelle Desnues
У обычных вирусов очень маленький, редуцированный до минимума геном, содержащий несколько сотен тысяч пар оснований. Ведь все необходимое для жизнедеятельности и размножения они берут от организма-хозяина. Геном же гигантского вируса довольно большой. К примеру, у пандоравируса 2770 тысяч пар оснований и 2556 генов, кодирующих белки. Причем, функции 2155 из них неизвестны. Для сравнения — у обычных вирусов вообще нет белков. Из-за этого ученые одно время считали гигантов чем-то ближе к клетке. Однако их главное отличие неоспоримо: у них нет рибосом и РНК, они не синтезируют АТФ и не размножаются делением. Так что и спустя полвека критерии, по которым определяют вирусы (предложенные, кстати, Андре Львовым, французским микробиологом русского происхождения), не удалось поколебать.
"Мы открыли только два семейства гигантских вирусов в вечной мерзлоте и теперь продолжаем поиск. Еще остается много вопросов: например, насколько разнообразны эти организмы, каким образом они сохраняются в земле", — поясняет исследовательница.
Сородич или конкурент
Богатый геном гигантских вирусов озадачил ученых и вызвал дискуссию об их происхождении. Согласно одной из гипотез, у вирусов не было общего предка, они произошли от неких протоклеточных форм, которые более трех миллиардов лет назад конкурировали с последним универсальным общим предком (Last universal common ancestor, или LUCA), от которого произошли все живые существа. Эти протоклетки проиграли LUCA, но не исчезли со сцены, а приспособились паразитировать на его потомках.
Невероятно, но факт: замерзшие десятки тысяч лет назад гигантские вирусы удалось реанимировать. Причем в качестве наживки ученые использовали современных амеб. Кстати, их древних предшественников Любови Шмаковой удалось оживить еще в 2005 году.
Гигантские вирусы сохранились до наших дней. Ученые описывают все больше их современных представителей не только в акантамебах, но и в других протистах.
Опасны ли древние микробы
Гигантские вирусы вновь обострили вопрос об опасности древних инфекций. В статье "Re-emerging infectious diseases from the past: Hysteria or real risk?" ("Воскрешение инфекционных заболеваний прошлого: истерия или реальный риск"), одним из соавторов которой выступил первооткрыватель питовируса Жан-Мишель Клаверье (Jean-Michel Claverie) из Марсельского института микробиологии, ученые напомнили о вспышке сибирской язвы, случившейся в 2016 году на Чукотке, после того как оттаяли скотомогильники столетней давности. Вдруг и древний вирус вызовет эпидемию? Ведь мы до сих пор не знаем, почему вымерли неандертальцы — может, и от инфекции. И произошло это как раз примерно 30 тысяч лет назад. Если так, то по мнению авторов работы, оживший микроб может быть для нас еще более опасен, поскольку мы с ним никогда не контактировали. Впрочем, подхватить гигантский вирус из мерзлоты людям не грозит, уверяют ученые, поскольку он поражает только амеб.
"Если рассуждать здраво, то риск минимален, — заключает Шмакова. — Представьте себе, что мерзлота оттаивает каждое лето и все ее содержимое попадает в природу. Да и люди в тех местах, где нашли гигантские вирусы, тогда не жили, поэтому вряд ли там есть микробы, опасные для нас. В любом случае говорить об этом сейчас можно только гипотетически".
Какие еще тайны скрывает вечная мерзлота Сибири © Фото : Любовь Шмакова / ИФХиБПП