Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
Шрифт:
Уже на продвинутой стадии моих изысканий я обнаружил: знаменитый Феликс д’Эрель, один из открывателей бактериофагов, признанный «отец» и молекулярной биологии, и вирусологии, весьма живо защищал идею о способности бактериофага выступать в качестве партнера в симбиозе. Но те, кто занимались эволюционной вирусологией, попросту проигнорировали эту идею. Несомненно, тому были причины, коренившиеся в разногласиях между дарвинизмом и симбиогенезом на тогдашней стадии развития обеих теорий. Вышло так, что вирусология и теория симбиоза сделались отдельными, практически игнорирующими друг друга дисциплинами. Хотя столь крупные специалисты, как Ледерберг и Эссекс, с энтузиазмом говорили о возможности симбиоза во взаимоотношениях вируса с носителем, эта идея не была принята большинством ученых из той и другой областей.
Насколько я знаю, никто и никогда не читал докладов о вирусах ни на единой конференции Международного общества по изучению симбиоза, проводимой раз в четыре года. Несмотря на чрезвычайную важность исследования бактерий для симбиологии — что давно привело симбиологов
Для некоторых читателей, в особенности не занимающихся наукой, тоже может показаться странным взгляд на вирусы как на симбионты. Разве вирусы — не жуткие патогены, абсолютно эгоистичные разрушительные генетические паразиты? Конечно, они паразиты, но рассматривать их лишь как паразитов — это не видеть целого. В конце концов, паразитизм — тоже разновидность симбиоза.
Несомненно, агрессивный симбиоз в стадии «выбраковки» — исключительно неприятное явление. И к сожалению, если искать его примеры в природе, то они находятся без труда. Один из вероятных примеров — это битва за территорию между британской рыжей белкой и ввезенной из Америки серой белкой, угрожающая вымиранием рыжей белки на территории Великобритании. Сперва натуралисты полагали: серая белка выигрывает битву за выживание, поскольку она больше и агрессивнее аборигенной рыжей. Но теперь известно: серая белка — носитель вируса беличьей оспы, для серой белки безвредного, но смертоносного для рыжей. Вирус легко переходит на рыжих белок, вступая в агрессивный симбиоз с ними. Как и вирус кроличьего миксоматоза, распространение вируса беличьей оспы сопровождает распространение серых белок.
После публикации «Вируса X» я продолжил работу над развитием и доказательством концепции вирусов как симбионтов. В свете эпидемии СПИДа, которая все больше завладевала моими мыслями, я понял, насколько важным может быть правильное понимание симбиотических возможностей вирусов для людей. Понимание это зародилось в беседе с Максом Эссексом, когда мы обсуждали возможные пути перехода ретровирусов от одного вида к другому. В то время я уже знал, что носителями ретровирусов могут быть и обезьяны, и люди, и коровы, и куры, и грызуны. Я спросил, насколько же ретровирусы распространены в природе.
— Они везде, и, несомненно, их куда больше, чем мы обнаружили на сегодняшний день, — ответил он.
— Отсюда следует, что они сосуществуют с нами уже очень долгое время?
— Да, скорее всего, так оно и есть.
Как уже писалось здесь, СПИД вызывается ретровирусом и, с человеческой точки зрения, действие этого ретро-вируса на человечество имеет далеко идущие последствия. Если я не ошибаюсь в моих рассуждениях, СПИД — эволюционный феномен. В самом деле, даже из нашей беседы с профессором Эссексом можно сделать однозначный вывод: СПИД — лишь последняя в ряду подобных ретровирусных инфекций человечества, поражавших и наших далеких дочеловеческих предков. И каждая такая инфекция влекла за собой эволюционные последствия. Если оно так на самом деле, можно ли экстраполировать эволюционные уроки, преподанные нам СПИДом, на прошлое? Можно ли использовать знание о СПИДе для выяснения того, насколько вирусные инфекции определили эволюцию человечества?
Я начал искать подтверждение своей идеи. Но она казалась слишком новой и шокирующей, многие ученые отказывались даже обсуждать ее. Но в последующие годы я нашел четыре научных группы, занимавшиеся поисками свидетельств о существовании в прошлом «выбраковок» человечества посредством вызванной вирусами болезни. Все четыре группы, сравнивая митохондриальные и ядерные гены человека и шимпанзе, нашли доказательства таких «выбраковок». Тогда я принялся копать глубже, отыскивая доказательства работы естественного отбора на уровне партнерства во взаимодействии ВИЧ-1 и человеческого генома. Но интересующие меня данные появились только в 2004 году — в виде статьи в «Нейчур». Статья называлась «Доминирующее влияние HLA-В на возможную коэволюцию ВИЧ и HLA» [25] . Использование термина «коэволюция» в статье весьма значимо. Аббревиатурой HLA обозначаются антигены лейкоцитов человека — это производные группы генов в шестой хромосоме, играющие ключевую роль в иммунной системе организма. HLA-В и HLA-A обозначают два таких гена, помогающие нашему телу отличить свои, произведенные телом белки от белков, произведенных чужеродными пришельцами, такими, как вирусы. В статье сообщалось о нескольких важных результатах наблюдений. Прежде всего скорость прогрессирования СПИДа сильно зависела от экспрессии гена [26] HLA-В, но не от экспрессии HLA-A. То есть в естественном отборе при взаимодействии человека и ВИЧ-1 доминирующее эволюционное влияние на вирус оказывал именно ген HLA-В, а не HLA-A. С точки зрения человеческой и медицинской, это значит, что чаще всего СПИД будет поражать людей-носителей определенного вида генов HLA-B.
25
De Groot N., Otting N., et al. Evidence for an ancient selective sweep in the МНС class I gene repertoire of chimpanzees. Proceedings of the National Academy of Sciences 2002; 99:11 748-53. Gagneux P., Wills C., Gerloff U., et al. Mitochondrial sequences show diverse evolutionary histories of African hominoids. Proceedings of the National Academy of Sciences 1999; 96: 5077–82. Zhao Z., Jin L., Fu Y.-X., et al. Worldwide DNA sequence variation in a 10-kilobase noncoding region on human chromosome 22. Proceedings of the National Academy of Sciences 2000; 97: 11 354-8. Vogel T. U., Evans D. T., Urvater J. E., et al. Major histocompatibility complex Class 1 genes in primates: co-evolution with pathogens. Immunological Reviews 1999; 167: 327–337.
26
Экспрессия
Говоря просто и прямо, тут мы наблюдаем явный пример естественного отбора на уровне симбиотического взаимодействия вируса и его носителя-человека в условия пандемии СПИДа.
Мы разговаривали с Эссексом и об удивительном открытии ретровирусной ДНК в человеческом геноме. В нем содержатся и цельные вирусные ДНК, и обрывки их, а также их производные, которые, возможно, играют важную, хотя еще и не до конца понятную роль.
Я спросил, в чем, по его мнению, эта роль.
— Я не могу сказать, в чем она, — ответил он, — но смею предположить: наверняка эти участки вирусной ДНК в геноме человека небесполезны и сохранились в силу исполнения ими некой практически важной функции.
Затем профессор пустился в рассуждение об общих свойствах контроля экспрессии генов у разных биологических видов. Сейчас становится все очевиднее, что у многих очень разных форм жизни последовательности, контролирующие экспрессию, весьма сходны — и эти последовательности очень важны для нормального функционирования отдельных генов и генома в целом. Возможно, как раз в процессе симбиоза с вирусами их контрольные последовательности и были «захвачены» носителями-млекопитающими.
Хотя Эссекс рассуждал с дарвиновской точки зрения, его суждения с легкостью укладываются в симбиологический контекст. И если их принять, немедленно встает вопрос: быть может, симбиогенез вируса и его носителя на самом глубинном, генетическом уровне, слияние цельных геномов, и есть именно то, о чем говорил Мейнард Смит, — внезапное фундаментальное изменение? Быть может, такой симбиогенез сыграл важную конструктивную роль в человеческой эволюции?
5. Парадоксы человеческого генома
Тогда я задумался над вопросами глубокими и фундаментальными, над тем, отчего эта первая клетка, должная развиться в плаценту, оказывает такое влияние на репликацию вируса. Я размышлял над этим и над подобными же вещами следующие тридцать лет.
Честно говоря, для всех нас явилось шоком удивительное, почти невероятное достижение, представленное в феврале 2001 года сразу двумя конкурирующими группами. Тогда впервые были обнародованы результаты полной расшифровки человеческого генома. Несомненно, для биологии это достижение воистину потрясающее, исполинское и обреченное войти в историю как величайшее человеческое достижение двадцать первого столетия — достойный преемник славы открытия ДНК в двадцатом столетии и построения дарвиновской теории в девятнадцатом.
27
Из моего интервью с профессором Луисом Вильярреалом, 2002.
Но для обычной, далекой от науки публики парадоксальность великого открытия целиком потерялась среди журналистского визга и профессиональной терминологии. Ведь даже ученым это расшифровка генома не разъяснила целиком и полностью, как же именно работают гены и хромосомы, и тем паче не разъяснило, отчего и почему один человек так отличается от другого.
Я уже упоминал об удивлении, сопровождавшем открытие того факта, что наша библиотека генов относительно невелика: всего двадцать тысяч томов. Наш набор протеинов, куда более многочисленный, отнюдь не кодируется посредством взаимно однозначного соответствия с определенным геном. Каждый белок кодируется набором определенных участков гена, известных как «экзоны», разделенных загадочными не участвующими в кодировании белков участками ДНК, известными как «интроны». Более того, контроль над процессом кодирования белков оказался на удивление сложным. В ДНК присутствуют определенные «бюрократические» участки, соседствующие с каждым геном либо окаймляющие его, и эти участки решают, как и когда данный ген активируется. Другое собрание «бюрократов» решает, какие именно экзоны задействовать и соединить в единое целое посредством процесса, называемого «альтернативным сплайсингом». Для иллюстрации того, до каких крайностей может дойти этот удивительный механизм, рассмотрим ген мухи-дрозофилы, называемый Dscam. Этот ген способствует росту нервов у эмбриона мухи-дрозофилы [28] . Он составлен из двадцати четырех экзонов. С трудом поддается воображению, как генетические «бюрократы» смогли выбрать и состыковать в нужном порядке экзоны из разных участков ДНК — и при том, что пришлось выбирать из 38 000 различных комбинаций. И это все для кодирования единственного белка!
28
Gilbert S. F.. Developmental Biology, seventh edition. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates Inc, 2003:130.