Планета вирусов

При исследовании человеческого генома ученые стали находить эндогенные ретровирусы и в нем. Насколько известно науке, среди них нет ни одного активного. Но Тьерри Хайдман, сотрудник Института имени Гюстава Русси в Вильжюифе (Франция), и его коллеги обнаружили, что этот генетический балласт можно трансформировать обратно в полноценные вирусы. Изучая один такой эндогенный ретровирус, Хайдман заметил, что его варианты у разных людей не совсем одинаковы. Эти различия, очевидно, появились уже после того, как ретровирусы попали в геномы древних людей. У их потомков обнаружились мутации в разных частях вирусной ДНК.

Хайдман и его команда сравнили между собой эти разные варианты вирусной ДНК. Это выглядело так, как если бы они нашли четыре экземпляра пьесы Шекспира от четырех незадачливых переписчиков. Каждый копиист допускал собственный набор ошибок, и порой одно и то же слово шекспировского текста воспроизводилось в четырех ошибочных вариантах, скажем: порешу, напишу, покажу, помечу. Сравнив все четыре варианта, текстолог мог установить, что исходное слово – почему.

Применив этот метод, Хайдман и его собратья-ученые сумели на основании мутантных ретровирусов современных людей восстановить последовательность ДНК исходного вируса. Затем они синтезировали фрагмент ДНК с этой последовательностью и внедрили ее в человеческие клетки, культивированные в чашке Петри. Из клеток появились новые вирусы, способные заражать другие клетки. То есть первоначальная последовательность ДНК представляла собой живой функциональный вирус. В 2006 г. Хайдман назвал этот вирус «Феникс» (Fhoenix) – в честь мифической птицы, возрождающейся из собственного пепла.

Вирус «Феникс», по-видимому, заражал наших предков на протяжении последнего миллиона лет. Но мы несем и куда более древние вирусы. Это известно благодаря тому, что ученые обнаружили одни и те же скрытые вирусы в геноме у нас и у других видов. В ходе одного из исследований вирусолог из Имперского колледжа Лондона Адам Ли и его коллеги открыли в человеческом геноме эндогенный ретровирус ERV–L. Затем они обнаружили его у ряда других видов – от лошадей до трубкозубов. Когда команда Ли составила эволюционное древо вируса, оно совпало с древом его хозяев. Похоже, этот эндогенный ретровирус поразил общего предка всех плацентарных млекопитающих, жившего более 100 млн лет назад. Ныне этот вирус дремлет в генах броненосцев, слонов и ламантинов. И в наших.

Обреченный на жизнь в организме хозяина эндогенный ретровирус может сохранять способность производить копии своей ДНК, которые снова встраиваются в хозяйский геном. За те миллионы лет, что эндогенные ретровирусы вторгались в наши геномы, их накопилось невероятно много. Каждый из нас несет в своем геноме почти 100 000 фрагментов вирусной ДНК, что составляет до 8 % всей нашей ДНК. Чтобы оценить, насколько это много, вспомним, что 20 000 белок-кодирующих генов в человеческом геноме составляют лишь 1,5 % ДНК.

Кроме того, ученые обнаружили миллионы более мелких фрагментов ДНК, которые тоже копируются и заново встраиваются в человеческий геном. Возможно, многие из этих фрагментов – крошечные остатки эндогенных ретровирусов. За миллионы лет эволюции они растеряли все, кроме самого необходимого для копирования ДНК. Иными словами, наши геномы кишат вирусами.

Большая часть этой вирусной ДНК из-за миллионов лет мутаций утратила всякую способность работать. Но наши предки приспособили некоторые вирусные гены себе на пользу. Более того, без этих вирусов никто из нас даже не родился бы.

В 1999 г. Жан-Люк Блонд и его коллеги открыли эндогенный ретровирус человека, который они назвали HERV-W. К их удивлению, оказалось, что один из его генов все еще способен синтезировать белок. А белок этот, синцитин, как выяснилось, выполняет очень специфическую и важную работу, но не для вируса, а для его хозяина – человека. Он содержится только в плаценте.

Клетки внешнего слоя плаценты производят синцитин, благодаря которому они соединяются и между ними возможен обмен молекулами. Ученые обнаружили, что синцитин вырабатывается не только у людей, но и у мышей, и это открытие позволило экспериментально установить, как работает белок. Когда ученые удалили из генома мышей ген, кодирующий синцитин, эмбрионы мышат не дожили до рождения. Вирусный белок был необходим для того, чтобы зародыш получал питательные вещества из кровотока матери.