Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Эгоистичная цель генома полиовируса, репликация и передача другим хозяевам полностью достигается за счет репликации в кишечнике: это кишечный вирус, полностью приспособленный к этой среде. Поражение нервной системы – несчастная случайность. Время от времени вирусологам приходится заново анализировать значение исходов некогда тяжелого заболевания меньшинства населения и сильную отягощенность легким заболеванием той же этиологии. Именно легкое или даже бессимптомное заболевание вносит самый большой вклад в осуществление подавляющего большинства циклов передачи инфекции, и именно на этой сцене громче всего звучит музыка эволюции.

Мутация, генетическое разнообразие и квазивиды

Уникальная способность вирусов к быстрому размножению и влиянию на эволюцию своих хозяев – это тема, которая красной нитью пройдет через всю эту книгу. Риновирусы и полиовирусы разделяют с другими РНК-содержащими вирусами одно свойство, которое отличает их от вирусов с ДНК-геномом: репликация РНК-содержащих вирусов совершается с множеством ошибок. РНК-зависимая РНК-полимераза РНК-содержащих вирусов отличается от ДНК-зависимой ДНК-полимеразы отсутствием механизма устранения ошибок. За редким исключением ДНК-полимеразы способны редактировать свои тексты, чтобы удостовериться в точности копирования, в то время как РНК-полимеразы удовлетворяются черновым вариантом. Следовательно, РНК-полимераза создает мутации и порождает генетическую вариабельность в дочерних геномах в степени, намного превышающей вариабельность ДНК-геномов, созданных под действием ДНК-полимеразы. Склонность к ошибкам копирования у РНК-полимераз так велика, что для вируса с геномом, состоящим из 10000 оснований, каждый дочерний геном будет содержать по меньшей мере один «неправильный» нуклеотид в сравнении с родительским геномом, а в сравнении с сестринскими – два (Malpica et al., 2002). Эта замечательная способность порождать генетическое разнообразие есть жизненно важная основа эволюционной адаптации, и в следующих главах мы увидим, как важен этот магический трюк РНК-содержащих вирусов для их успешности в роли паразитов и патогенов. Это противоречит здравому смыслу, но тем не менее это верно, что такая безалаберная репликация РНК-геномов является ценным достоинством РНК-вирусов.

Как правило, при обсуждении видов вирусов мы неявно подразумеваем, будто существует некий дикий штамм с уникальной геномной последовательностью, которая и определяет генетическую идентичность некоего исходного штамма. При инфицировании в реальном мире вирусная популяция представляется, скорее, как облако очень близких, но тем не менее генетически различных индивидов, которые получили название квазивидов (quasispecies). В каждом раунде инфицирования и передачи вирусные варианты отбраковываются или остаются под воздействием очищающего или положительного давления естественного отбора, и еще большее число вариантов создается по мере распространения и размножения квазивидов. Устойчивая популяция уникальных геномов, составляющих квазивиды, стала предметом многих экспериментов, теоретического моделирования и научных споров после того, как такая популяция была впервые описана в 1978 году учеными из лаборатории выдающегося молекулярного биолога Шарля Вейсмана в Цюрихе (Domingo et al., 1978). Новаторская работа Вейсмана с мелким РНК-бактериофагом Qβ, крошечным вирусом с геномом, содержащим всего 4500 оснований, заключалась в выяснении схемы его репликации в бактериальной клетке. Лаборатория Вейсмана стала, кроме того, первой, где была использована техника молекулярного клонирования генома Qβ для первой демонстрации сайт-ориентированного мутагенеза, то есть вызывания мутаций в определенных местах генома. В своей автобиографической статье Вейсман пишет, что открытие произошло во время проведения опытов по сайт-ориентированному мутагенезу в середине семидесятых годов, когда обнаружилось, что геномная последовательность фага Qβ быстро становится гетерогенной при выращивании в последовательности бактериальных культур: «Мы заключили, что популяция находилась в динамическом равновесии; жизнеспособные мутанты возникали с высокой скоростью… с одной стороны, а с другой – подвергались действию очень жесткого отбора» (2012).