Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Такова, следовательно, природа квазивида: плотность облака последовательностей в каждой точке пространства последовательностей определяется относительной приспособленностью последовательности; области облака, представляющие последовательности с меньшей адаптивностью, будут менее плотно заселены, а области с высокой адаптивностью заселены более плотно. В этом заключается наиболее мощное свойство вирусных квазивидов: плотность распределения вариантов адаптивности требует, чтобы последовательности были представлены с частотами, пропорциональными своей относительной адаптивности. Геномы с низкой способностью к адаптации будут реплицироваться мало или не будут реплицироваться вовсе, а наилучшим образом адаптированные геномы будут реплицироваться с наибольшей эффективностью. Отсюда следует, что с наибольшей вероятностью будут реплицироваться отличающиеся наибольшей адаптивностью геномы: их больше, и они претерпевают большее число репликативных циклов. Это может дать вирусам возможность осуществлять адаптивную эволюцию со скоростями, на несколько порядков более высокими, чем при истинно случайных мутациях. Последовательности быстро конденсируются около наиболее приспособленной области пространства последовательностей. Если изменятся условия окружающей среды, изменится и давление естественного отбора, и квазивид сможет воспользоваться присущим ему адаптивным потенциалом. Генотипы быстро перестроятся и начнут группироваться вокруг нового центра тяжести. Изменение ландшафта адаптивности пространства последовательностей, занятого квазивидом, является естественным следствием изменения давления отбора, действующего на популяцию вирусов. Такие изменения могут иметь следствием изменение иммунологического давления, производимого организмом-хозяином, применением антивирусных препаратов или даже передачей генетической информации другим видам, что требует приспособления вируса к новому хозяину. Частота генотипов, которые ранее занимали «центральное» пространство, зарезервированное за самыми приспособленными генотипами, уменьшится, и эти генотипы займут положение на периферии пространства адаптивности, если угодно, на самом краю облака последовательностей. В этом тоже заключается преимущество квазивида: он обладает памятью. Некогда самые приспособленные генотипы, свойства которых стали теперь дезадаптивными, могут продолжать существовать на границе пространства квазивида в роли минорных вариантов. При изменении внешних условий или давления отбора возможность призвать под знамена старые геномные варианты является большим преимуществом. Квазивиды могут быстро реагировать на изменения и адаптироваться, снова выбрав уже существующий вариант и быстро сгруппировавшись вокруг него, воссоздав оптимально приспособленный ландшафт последовательностей.

К настоящему времени накоплено немало экспериментальных данных, убедительно показывающих, что РНК-содержащие вирусы в ходе эволюции приобрели способность с выгодой для себя использовать склонность к ошибкам репликации. Совершенно очевидно, что должен существовать верхний предел склонности к ошибкам в работе вирусных РНК-полимераз. Хорошего может стать слишком много. При превышении некоего критического порога скорости появления мутаций в каждом геноме разнообразие перестанет быть благотворным; большинство дочерних геномов окажется нежизнеспособным. Чем больше геном, тем больше ошибок он может перенести в ходе своего синтеза до превышения какого-то критического порогового значения. В этот момент происходит катастрофа ошибок. Продолжая это рассуждение, можно понять, почему большинство РНК-содержащих вирусов имеют короткие геномы, меньше 15 тысяч оснований. Более длинные геномы не могут реплицироваться с надежностью, достаточной для предотвращения катастрофы ошибок (хотя я должен признать, что, вероятно, есть и другие ограничивающие факторы). Коронавирусы, имеющие геномы длиной свыше 30 тысяч оснований, являются исключением из общего правила. Тем не менее наше основополагающее рассуждение остается верным: максимальная длина генома РНК-содержащего вируса диктуется скоростью появления мутаций. В недавно выполненной работе было показано, что уникальность коронавирусов среди РНК-содержащих вирусов заключается в том, что они способны кодировать белки, повышающие надежность геномной репликации. Неструктурный белок 14 является 3’-5’ экзорибонуклеазой, которая обеспечивает точность репликации генома коронавирусов (Smith et al., 2015). Повышение надежности и точности репликации генома, в свою очередь, допускает экспансию генома и увеличение информационной емкости при сохранении способности к адаптивной эволюции.