Планета вирусов

Когда в 1917 г. Феликс д'Эрелль впервые обнаружил бактериофаги в выделениях французских солдат, многие ученые отказывались верить в их существование. Теперь, через сто лет, не подлежит сомнению, что д'Эрелль обнаружил самую многочисленную форму жизни на Земле. Более того, морские фаги оказывают масштабное влияние на планету. Они воздействуют на экологию Мирового океана. Они накладывают свой отпечаток на глобальный климат Земли. И вот уже миллиарды лет они играют важнейшую роль в эволюции жизни. Иными словами, они суть живая матрица биологии.

Морские фаги играют такую заметную роль благодаря своей чрезвычайной контагиозности. Они поражают новые микробные клетки 100 млрд трлн раз в секунду и ежедневно убивают от 15 до 40 % всех бактерий в Мировом океане. Из погибших клеток-хозяев выходят новые морские фаги. В каждом литре морской воды ежедневно рождается до 100 млрд новых вирусных частиц.

Их убойная сила контролирует популяцию хозяев, и нам, людям, эта смертоносность часто служит на благо. Холеру, например, вызывает размножение обитающих в воде бактерий – вибрионов. Но на вибрионах паразитирует множество фагов. Когда происходит взрывообразный рост популяции вибрионов, запускающий эпидемию, размножаются и фаги. Популяция вирусов растет так быстро, что уничтожает вибрионы быстрее, чем они успевают размножаться. Бактериальный бум стихает, и эпидемия холеры идет на убыль.

Из погибшего микроба извергаются не только новые вирусы. Высвобождаются также органические соединения углерода и другие вещества. Ежегодно морские вирусы высвобождают миллиарды тонн углерода, и этот огромный приток оказывает воздействие планетарного масштаба. Он выполняет роль удобрения, стимулируя рост бесчисленных новых микроорганизмов, часть которых служит основой пищевой сети в океане. Эта пищевая сеть, вероятно, была бы беднее, если бы ее рост не стимулировали вирусы. Часть высвобождаемого углерода не поглощается микроорганизмами, а оседает на дно океана. Внутренности микроба липкие, и как только вирус разрывает хозяйскую клетку, клейкие молекулы выбираются наружу и захватывают находящиеся поблизости органические соединения, создавая мощную метель из подводного снега, падающего на морское дно.

Хозяева морских вирусов в ответ на эту угрозу защищаются на все лады. Но вирусы придумывают способы одолеть их. Поскольку у каждого вида собственный эволюционный путь спасения, эта гонка вооружений породила головокружительное разнообразие морских вирусов. В начале своих исследований Лита Проктор не представляла себе, сколько различных видов вирусов она открывает. Глядя в микроскоп, она могла пересчитать их, но видела лишь ограниченный набор форм – шары, цилиндры и т. п. Но в мире вирусов внешность обманчива. Риновирусы и вирус полиомиелита выглядят как почти одинаковые шарики, но первые вызывают легкую простуду, а вторые могут довести до паралича или смерти.

С начала 2000-х гг. вирусологи нашли способ различать их под масками, изучая непосредственно вирусные гены. Они принялись собирать образцы – морской воды, грязи или шмелиных внутренностей – и отфильтровывать из них все, кроме вирусов. Затем они извлекали из вирусов генетический материал и секвенировали его. Иногда прочитанные последовательности совпадали с какими-то известными видами или штаммами вирусов. Но гораздо чаще не совпадали. Куда бы ни заглядывали ученые, они находили ошеломляющее разнообразие вирусов. Даже в нашем собственном организме нас поджидали сюрпризы. В 2014 г. коллектив ученых под руководством Баса Дутила открыл в человеческих фекалиях новый тип фага, который назвали КрАсс-фагом (crAss – сокращенно от cross assembly, «перекрестная сборка», – метод воссоздания генетической последовательности вируса). Вскоре исследователи обнаружили множество других разновидностей вирусов, близких КрАсс-фагу и составляющих до 90 % всех вирусов в человеческом кишечнике. И ведь они оставались незамеченными целых сто лет после того, как Феликс д'Эрелль открыл фаги.

А подлинный масштаб виросферы выявился именно в океанах. Мэтью Чапмен, вирусолог из Университета штата Огайо, совместно со своими коллегами анализировал генетический материал из морской воды, собранной в ходе кругосветной научной экспедиции. В 2016 г. они отчитались о более чем 15 000 новых видов вирусов. Для сравнения: число видов млекопитающих всего лишь около 6400. Чапмен и его сотрудники думали, что они достаточно точно оценили разнообразие вирусов в морях, но на всякий случай продолжали собирать образцы воды и изобретать новые способы выявления в ней вирусных генов. В 2019 г. они сообщили уже о 200 000 видов. Притом ими была обследована лишь малая часть океана. Всего же, по оценкам некоторых исследователей, на Земле могут обитать до 100 трлн видов вирусов – большинство из них в море.