Книга: Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

6. Как вирусы помогли нам стать людьми

6. Как вирусы помогли нам стать людьми

Вирусы долгое время рассматривали как чистейший пример эволюции путем естественного отбора. Я же утверждаю: вирусы являются также мощнейшей эволюционной силой, действующей посредством симбиогенеза. Вы спросите: отчего же потребовалось столько времени, чтобы прийти к пониманию этого? Ответ на этот вопрос сложен и во многом коренится в истории нашего знакомства с вирусами. Мы познакомились с ними, распознав в них возбудителей болезней, в том числе ужаснейших эпидемий, какие только знала человеческая история, — и смотрели на них лишь как на агрессивных и эгоистичных паразитов. Есть и другие, менее явные причины, и не в последней степени — распространенные заблуждения насчет сложности устройства вирусов, их эволюции и поведения. Многие из больших вирусов — например, вирусы оспы, вызывающие целый ряд болезней, от ветрянки у людей до бородавок у моллюсков, — на генетическом уровне гораздо сложнее, чем представляет большинство биологов. Еще более удивительна и сложна генетическая структура недавно найденного в океане гиганта среди вирусов, известного как вирус «Мими», — по сложности она не уступает малым бактериям. Но даже в этом случае вирус с бактерией не спутаешь, даже самые большие вирусы по строению очень отличаются от бактерий. Вирусы заключены в белковую оболочку, сильно отличающуюся от клеточной, их гены, как у нас, линейны, а не замкнуты в кольцо, как у бактерий. Все без исключений вирусы — клеточные паразиты, а бактерии (хотя и не все) способны жить самостоятельно. Если вы, читатель, еще не можете принять самую возможность рассматривать вирус как симбионта, позвольте мне помочь вам, предложив весьма иллюстративную аналогию.

Философы многих обществ древности, включая досократовских греков, японцев, индусов, полагали: все в мире состоит из четырех основных элементов, земли, воды, огня и воздуха. И если включение в состав основных элементов воды, земли и воздуха понятно — это же составляющие видимой материи, то огонь — исключение. Огонь принципиально враждебен материи, он — уничтожитель ее, он несет бедствие, он — следствие войн и стихийных бедствий, он вырывается из жерл вулканов, фантастически мощных и страшных. Он — насилие и гибель. Так почему же древние люди столь различных культур включали его в число основных элементов природы? Возможно, из-за его алхимической роли в сотворении нового. Ведь огнем извлекается металл из руды, добываются медь, железо и золото. Свойства огня дуалистичны, он может разрушать, но может и созидать.

С эволюционной точки зрения вирусы обладают такой же дуальностью.

С 1994 года, когда рассказ Терри Йетса о совместной эволюции хантавируса и его носителей-грызунов подтолкнул меня к мысли о возможной симбиотической роли вирусов, идея симбиоза с вирусами стала фокусом моих исследований. Как говорят биологи, это стало моей экологической нишей в научном мире. Я сосредоточился на рассмотрении вклада вирусов в человеческий геном с симбиотической точки зрения. С ортодоксально дарвиновской точки зрения человеческие эндогенные вирусы — всего лишь интервенты-паразиты, преследующие лишь свои цели и эволюционирующие независимо. Не спорю, многие взаимодействия вирусов с носителями начинаются именно так. Также вполне логично предположить, что вирусы, пусть даже и включенные в человеческий геном, могут подвергаться индивидуальному, «эгоистическому» отбору. Я не собираюсь противоречить эволюционной механике современного дарвинизма — я считаю себя дарвинистом в той же степени, что и симбиологом. Однако настаиваю: невозможно понять столь обширное присутствие вирусных элементов в человеческом геноме, если не рассматривать сосуществование человека и вирусов одновременно как с ортодоксально дарвиновской, так и с симбиотической точек зрения. Конечно, поначалу, когда ретровирус заражает не знакомого дотоле с этим вирусом носителя, доминировать будет «эгоистическая» эволюционная динамика. Но она быстро изменится в сторону партнерства, в особенности когда вирус персистентный. Долговременное выживание вируса становится тесно связанным с выживанием части вида, сумевшей пережить агрессивную начальную стадию симбиоза. При этом начинается новая эволюционная динамика, начинается активный симбиоз вируса и носителя, и отбор происходит уже симбиотическим образом.

С точки зрения симбиоза пандемия СПИДа представляет собой все еще первую стадию симбиотической динамики, названной мною «агрессивным симбиозом». Вирусная же эпидемия среди коал, насчитывающая, должно быть, чуть более сотни лет, уже вступила во вторую стадию агрессивного симбиоза. Большая часть представителей вида заражена, вирус активно отсеивает не способные ужиться с ним генотипы, с устрашающей скоростью происходит эндогенизация. Чрезвычайное разнообразие способов внедрения вируса в геном коал вполне логично на ранней стадии голобионтической эволюции, когда отбор уже активно работает на уровне генетического взаимодействия вируса с носителем. В постигшем коал бедствии мы наблюдаем эволюционную динамику, которая, несомненно, происходила не раз и не два в истории позвоночных, в особенности млекопитающих, чьи геномы ныне изобилуют внедренными и передающимися по наследству ретровирусами.

Насколько мне известно, ни один геном млекопитающих не колонизирован ретровирусами столь обширно, как наш. Я допускаю, что интерпретация этого обширного присутствия в духе современного дарвинизма вполне возможна, но настаиваю на значительном влиянии симбиоза на образование вирусной части нашего генома. Принципиально важно то, что мы, люди, представляем собой голобионтическое единство вирусов и млекопитающих. Доказать это либо опровергнуть можно исследованиями вклада ретровирусов в наш геном и их роли в нем. На практике это значит — обнаружить активно действующие вирусные гены и контрольные последовательности, сохраненные в геноме на протяжении долгого времени естественным отбором, действующим на уровне партнерства между вирусами и позвоночными. Признаки действия этих генов и последовательностей должны обнаруживаться на каждом уровне нашего существования: и в работе генома, и в эмбриональном развитии, и в повседневной работе биохимии нашего тела.

Здесь логично вспомнить еще одного нобелевского лауреата — занимавшуюся цитогенетикой американку Барбару Мак-Клинток, которая изучала геном кукурузы[39]. В двадцатых годах двадцатого столетия она разработала технику слежения за хромосомами растений и изучения их изменения в процессе размножения растений. Ее работа стала революционной для нескольких отраслей генетики. Например, она открыла, что в процессе соединения мужских и женских половых клеток (деление на полы столь же характерно для растений, как и для животных) родительские хромосомы выстраиваются в так называемом «танце хромосом», или мейозе, и обмениваются частями. Теперь мы называем это явление «половой генетической рекомбинацией» — и это объясняет, почему отличаются разные дети одних и тех же родителей. В течение сороковых и пятидесятых годов прошлого столетия Мак-Клинток открыла транспозоны — гены, способные перепрыгивать из одной хромосомы в другую. Она обнаружила первых представителей огромной армии мобильных элементов генома, найденных с тех пор в геномах каждого из изученных когда-либо растений либо животных. Как это случается со многими, опередившими свое время, работы Мак-Клинток были встречены с изрядной долей скепсиса. Потому она прекратила публикацию своих результатов в 1953 году. Если бы она понимала принципы вирусного симбиоза, возможно, она бы нашла поддержку среди симбиологов своего времени. Понадобилось целых тридцать лет, чтобы научный мир принял и понял ее пионерские идеи — Нобелевскую премию ей дали всего лишь в 1983 году. Транспозоны, открытые Мак-Клинток, — это ДНК-транспозоны, которые, по нынешним представлениям, с ретровирусами не связаны. Насчет их происхождения существует несколько противоречащих друг другу теорий, но симбиотический подход подводит к заключению об их вирусном происхождении — или, по крайней мере, что они происходят от ДНК-содержащих вирусов.

ДНК-транспозоны составляют половину генома кукурузы. Их находят у всех живых существ, и их способность модифицировать хромосомы дает начало эволюционным изменениям, хотя и таит в себе опасность возникновения болезней. Аналогичные ДНК-транспозоны составляют три процента человеческого генома, и до недавнего времени их значение для эволюции человека оставалось непонятым. Недостаток этот был исправлен в 2007 году, когда Пэйс и Фешо проанализировали активность подобных человеческим ДНК-транспозон в процессе эволюции приматов. Результаты они получили в высшей степени интригующие — но и обескураживающие. По их оценке, человеческий геном содержит по меньшей мере сорок различных семейств ДНК-транспозон, включающих более девяноста восьми тысяч членов. И они должны были проявлять большую активность на ранней стадии эволюции приматов. Но их активность прекратилась около тридцати семи миллионов лет назад[40]. Цитирую Пэйса и Фешо: «Эти данные указывают на большую активность ДНК-транспозон в эволюции млекопитающих предков приматов и ранних приматов и на последующее почти полное прекращение их активности у антропоидного предка нынешних приматов».

Два других — и гораздо больших — транспозонных элемента человеческого генома — LINE и SINE — по происхождению отличаются от ДНК-транспозонов. Отличаются они и тем, как реплицируются и вставляют свои копии в хромосомы: им приходится транслировать свою ДНК назад в РНК, а та должна снова превратиться в ДНК, чтобы внедриться в геном. Это типичное для ретровирусов поведение, зависящее от ретровирусного энзима обратной транскриптазы; поэтому LINE и SINE и зависящие от них Alu-повторы объединены в одной группе, названной «ретротранспозоны».

Читая интригующие заключение работы Пэйса и Фешо, я вспомнил замечание Вильярреала о том, что массовое заселение человеческого генома ретровирусами пришлось как раз на то время, когда прекратилась активность ДНК-транспозон. Вильярреал назвал это явление «великой колонизацией человека эндогенными ретровирусами»[41]. В особенности массово заселило дочеловеческий геном семейство эндогенных ретровирусов, известное как «HERV-K». Ретровирусы этого семейства эндогенизировались позже прочих вирусов, присутствующих в нынешнем человеческом геноме, они специфичны именно для человека. Вильярреал также подозревал, что эти новые вирусы заменили старые, присутствовавшие в геноме ранее. Хотя это не более чем гипотеза, она заставляет задуматься: быть может, огромная транспозонная часть нашего генома, по числу ДНК вдвое превышающая часть генома, доставшуюся нам от позвоночных предков, — это кладбище древней генетической войны между вирусами, войну эту выиграли HERV-K.

Первые эндогенные вирусы были открыты в конце шестидесятых — начале семидесятых, и не в человеческом геноме. К их открытию привело изучение вызывающих лейкемию вирусов у кур и мышей. В то время открытие внедряющихся в геном вирусных генов было с трудом воспринято научной общественностью. По словам первооткрывателя эндогенных вирусов кур Робина А. Вайса, «менделевский перенос генома, интегрировавшего в себя вызывающий рак вирус, в половые клетки здоровых животных, был расценен как нечто противоестественное»[42]. Когда Вайс, в те времена работавший в Университетском колледже Лондона, послал в печать статью, где показывалось, как «нормальная» куриная клетка с эндогенизированным в геноме вирусом птичьей лейкемии может передать вирусный env-ген другому вирусу и тем самым сделать его активным и заразным, — статью отвергли с порога, рецензент объявил подобное невозможным.

В начале семидесятых годов прошлого века ученые были очень удивлены, обнаружив под электронным микроскопом, что ретровирусы присутствуют в плаценте бабуинов. Впоследствии аналогичные вирусы были обнаружены в плацентах здоровых кошек, мышей, морских свинок и человека. Это подвигло их на поиски вирусных генов в хромосомах приматов, и они в самом деле были найдены в конце семидесятых[43]. В 1981 году американцы Малколм А. Мартин, работавший в Национальном институте здравоохранения в Вифезде, и Морис Коэн, работавший в Национальном институте исследования рака во Фредерике, сообщили об обнаружении первых ретровирусных последовательностей в человеческом геноме[44]. Коэн обозначил находку как «ERV1» — это была единичная копия вируса, встроенная в восемнадцатую хромосому. Причем копия дефективная, не имеющая части 5’LTR, так что превратиться в полноценный вирус она не могла. Мартин с Коэном также обнаружили, что область ДНК рядом с фрагментом 3’LTR практически идентична аналогичной по расположению области ДНК у шимпанзе, что указывает на присутствие ERV1 в хромосоме на этом же месте у общего предка шимпанзе и человека.

В 1984 году группа Коэна открыла более интересный эндогенный вирус — полноценный вирусный геном, внедренный в седьмую хромосому. Находку назвали «ERV3»[45]. Как и в случае ERV1, изучение последовательностей показало, что интеграция вируса произошла на заре эволюции приматов, поскольку он присутствовал в геномах всех исследованных обезьян Старого Света, от мартышек до человекообразных. Сейчас полагают, что это голобионтическое партнерство установилось от сорока до тридцати миллионов лет назад. Группа Коэна обнаружила и еще один любопытный и важный факт: области gag и pol генома ERV3 содержали стоп-кодоны — мутации, предотвращавшие активацию генома. То есть хотя вирус и сохранился почти в целости, способность размножаться и заражать потерял. Исследователи также установили, что области, ответственные за регулирование деятельности вируса и способные контролировать работу генома носителя — env и две области LTR, — сохранились целиком. Сохранение таких деталей вирусного генома в процессе эволюции подтверждает работу эволюции именно на голобионтическом уровне, то есть симбиотическую ее динамику. Результаты указывают на возможную существенную роль ERV3 в эволюции приматов — причем как в прошлом, так и, возможно, в настоящем. Влияние ERV3 сможет сказываться на работе генетического аппарата человека.

После открытия эндогенных ретровирусов человека они получили общее обозначение «HERV». Новооткрытым HERV дают наименования по первой транспортной РНК.

Поясним, что такое «первая транспортная РНК». ДНК транслируется в белки при посредничестве РНК, и эта РНК создается как точная половинка ДНК, содержащая ту же генетическую информацию. Затем созданная РНК отделяется от ДНК и отправляется в рибосомы, синтезирующие белки органоиды в цитоплазме. После РНК другого типа, известная как «транспортная РНК», или «тРНК», подтаскивает нужные аминокислоты, чтобы в рибосоме синтезировался белок — по одной аминокислоте за раз. Для каждой из двадцати составляющих белки аминокислот есть своя РНК, обозначенная своей буквой алфавита. Первая аминокислота в собираемом белке приносится первой транспортной РНК.

В 1986 году японский исследователь Macao Оно, работающий в университете Китасато, обнаружил ретровирус человека в геноме клеток печени зародыша. Он определил: в его случае первой транспортной РНК была РНК для аминокислоты лизина. Лизин обозначается буквой «К»[46]. Поэтому Оно назвал открытый эндогенный вирус HERV-K — и этот вирус стал первым в ряду тех, которые, как мы сейчас знаем, наиболее тесно связаны с человеческой эволюцией.

Сходным образом вирус ERV3 теперь обозначается как «HERV-R», хотя для удобства изложения я буду и в дальнейшем упоминать о нем как о ERV3, поскольку в ранних работах по его исследованию он обозначается именно так. Открытия ERV3 и HERV-K стали предвестниками большого исследовательского интереса к эндогенным ретровирусам человека, поначалу растущего медленно, но резко усилившегося в начале нового тысячелетия.

Теперь мы понимаем: ретровирусная часть нашего генома состоит из множества копий эндогенных ретро-вирусов, или HERV, подвергавшихся интенсивному эволюционному прессингу со времени их первого вторжения в человеческий геном. Эти вирусы и действующий на них естественный отбор, ранее привлекавшие лишь спорадический интерес, теперь — важнейший объект исследований в лабораториях всего мира. В зависимости от того, как определять семейства вирусов, все HERV можно распределить на 30–50 семейств, а семейства эти разделить на 200 с лишним групп и подгрупп, каждая из которых имеет свою четко определенную эволюционную траекторию. Такое изобилие вирусов в геноме указывает на то, что за сотню с лишним миллионов лет эволюции млекопитающих они много раз подвергались вирусному заражению и экспансии вирусов в геном. Поскольку у всех нас один и тот же набор HERV, это значит — все наши прямые предки были заражены. И хотя нельзя с уверенностью сказать, что каждая группа HERV прибывала в наш геном одинаковым образом, свидетельства пандемии СПИДа и в особенности эпидемии лейкемии у коал заставляют предположить: жестокая выбраковка вирусом не раз происходила и у предков человека и сопровождалась вымиранием значительной части популяции. Мы, современные люди, — наследники переживших безжалостный эволюционный процесс. Не слишком воодушевляющая мысль, правда?

Хотя большая часть этих «выбраковок» произошла более десяти миллионов лет назад, значительная доля их пришлась на прямых предков человека — восемь из десяти полноразмерных подгрупп HERV-K присущи только людям. Они — исключительно наши вирусные партнеры. Весьма примечательно и то, что одна из LTR этих подгрупп HERV-K кодирует последовательность ДНК, встречающуюся также и у ВИЧ-1, — что подталкивает к предположению об эволюционной связи между этими семействами вирусов.

И какие же из этого всего следуют выводы?

В 1996 году Рой Дж. Бриттен из Калифорнийского технологического института смог привести десять примеров того, как эндогенные вирусные последовательности в геноме помогают регулировать экспрессию полезных генов[47]. Семь из десяти примеров относились к человеку, два — к морскому ежу и один — к мыши. Относящиеся к человеку примеры включали ген, ответственный за производство кератина, важного компонента нашей кожи и глаз, гены, связанные с иммунитетом, гены, отвечающие за производство паратиреоидного гормона, ген BRCA-1, ответственный за возникновение рака молочной железы у людей, ген, ответственный за выработку энзима амилазы, позволяющего переваривать крахмал, и ген, связанный с возникновением аденомиосаркомы почки у детей (опухоли Вильмса). Цитирую Бриттена: «Эти примеры демонстрируют, что повторяющиеся сегменты ДНК или мобильные элементы генома, внедрившиеся в человеческий геном в прошлом, сохранившиеся либо модифицированные отбором, теперь контролируют процесс экспрессии соседних генов». Уместно подчеркнуть: выражение «сохранившиеся либо модифицированные отбором» есть фактическое признание симбиогенетического характера динамики естественного отбора, действующего на уровне голобионтического генома.

В Австралии Рэйчел О’Нейл с коллегами обнаружили находящиеся в центральных областях хромосом (центромерах) ретровирусы, активно модифицирующие хромосомы межвидовых гибридов валлаби и тем способствующие быстрейшему появлению нового вида[48]. Русский генетик Евгений Свердлов предположил, что интегрированные HERV могли изменить характер экспрессии генов и тем сыграть важную роль в эволюции гоминидов и возникновении различных эволюционных ветвей гоминидов[49]. Дженнифер Ф. Хьюз и Джон Ф. Коффин из Медицинской школы университета Тафта в Бостоне доказали, что эндогенные ретровирусы человека могли приводить к удалению больших участков хромосом, дупликации их, изменению их места в хромосоме — то есть играли важную роль в человеческой эволюции[50]. Известно, что вирусы могут конкурировать друг с другом, и в настоящее время несколько экспертов-вирусологов — а среди них и Эрик Ларсен, профессор патологии университета Упсалы — высказали предположение о возможной полезной роли HERV в защите человеческого зародыша.

Профессор Ларсен внес существенный вклад в исследования HERV, начиная с самого открытия ERV3 и HERV-K, и напрямую связан с множеством новых находок в этой области в начале двухтысячных. Я знал о его работах задолго до того, как повстречался с ним на конференции Линнеевского общества в Лондоне в 2008 году. На этой конференции Ларсен представил резюме своих результатов, в том числе результаты по интенсивной экспрессии протеинов посредством HERV в человеческом мозге. Эти результаты показались столь необычными, что профессора прервали посреди выступления, прося подробных объяснений.

В начале семидесятых Ларсен окончил медицинский факультет университета Упсалы, одного из старейших и сильнейших университетов Скандинавии. Уже студентом Ларсен заинтересовался возможной ролью вирусов в возникновении рака. В особенности интересными казались ретровирусы — магистерская диссертация Ларсена была посвящена поискам ретровирусов в раковых клетках. Как он пишет: «Я начал работу над проектом, нацеленным на выделение экзогенных человеческих ретро-вирусов из пораженных тканей. Подобные исследования интенсивно велись во многих лабораториях по всему миру — как раз тогда президент Никсон объявил войну раку, и многие откликнулись с энтузиазмом. Но моей главной целью был поиск не экзогенных, а эндогенных человеческих вирусов. Под руководством вирусолога Микуласа Паповича, приехавшего из Братиславы и получившего место в нашей лаборатории, я исследовал многие типы человеческих раковых заболеваний, главным образом глиомы (опухоли мозга), рак крови (лимфомы), опухоли мышц и соединительных тканей (саркомы). Мы искали обратную транскриптазу, открытую несколькими годами ранее. Мы исследовали образцы сыворотки и тканей, а также сами вирусы под электронным микроскопом, использовали несколько разных интерференционных тестов для поиска новых вирусов. Мы довольно часто замечали активность обратной транскриптазы, хотя и на довольно низком уровне, и в особенности часто она отмечалась, когда клетки подвергались воздействию мутагенов — веществ, способных вызывать мутации ДНК».

В начале 2009 года Ларсен согласился дать мне интервью.

— Что вы исследуете сейчас? — спросил я.

— Я работаю главным образом над эндогенными вирусами в плацентарных тканях. В культурах клеток плацентарных тканей наблюдается просто поразительная экспрессия ERV3. Наше внимание сосредоточено преимущественно на трофобластах (это клетки внезародышевой оболочки, ответственные за формирование плаценты). К сожалению, методики тестирования еще несовершенны…

Замечу: несмотря на упомянутое профессором несовершенство, исследование эндогенных вирусов в плацентарных тканях может привести к революционным результатам. Чтобы понять почему — давайте совершим краткий экскурс в захватывающую область биологии — репродуктивную биологию.

После оплодотворения материнской яйцеклетки отцовским сперматозоидом каждое человеческое существо начинается свою жизнь крошечным зародышем, медленно путешествующим по фаллопиевой трубе до безопасного убежища в матке. В возрасте всего четырех дней, когда зародыш — лишь пустой клеточный мешок, он уже посылает гормональный сигнал, получив который матка начинает готовиться к имплантации. В возрасте шести дней зародыш глубоко внедряется во внутреннюю оболочку матки, и так создается удивительный орган, назначенный стать средством связи и взаимодействия между развивающимся зародышем и матерью. Этот орган называется «плацента». Важнейшей деталью устройства плаценты, необходимой для ее работы, является соединительная зона толщиной всего в один слой клеток, отделяющая кровь матери от крови плода. Ее не различить невооруженным глазом — но она позволяет питательным веществам поступать из крови матери в кровь зародыша и в то же время уносит из нее продукты метаболизма, выводимые из организма матери ее почками и печенью. Эта тончайшая мембрана выполняет и другую важнейшую функцию. Половина антигенов зародыша — от отца, то есть они враждебны иммунной системе матери. Если кровь матери вступит в прямой контакт с развивающимся зародышем, иммунная система матери отторгнет зародыш как чужеродное тело, попавшее в ткани. Включится такой же мощный механизм отторжения, какой включается при пересадке чужих органов. Оттого же возникают проблемы наподобие резус-несовместимости, которые приходится изучать — и находить пути их решения — современному акушерству.

Чтобы не допустить контакта антигенов зародыша с клетками материнской крови, клетки соединительной зоны спаяны в один непрерывный объект — подобно сплошному листу, а не мозаике из отдельных клеток. Соединительных стенок между этими клетками нет, их ядра рассыпаны по мембране. Такие мембраны называются «синтиций». И здесь нас снова встречает загадка. Клетки позвоночных не способны сливаться в синтиций. Но ретровирусы — такие, например, как ВИЧ-1, — способны сплавлять клетки позвоночных в многоядерные конгрегации без клеточных стенок.

В феврале 2000 года Джон М. Маккой с коллегами из Института генетики в Кембридже, штат Массачусетс, объявили об открытии доселе неизвестного протеина, позволяющего клеткам сплавляться в синтиций. Эти ученые подтвердили: данный протеин кодируется ответственным за формирование белковой вирусной оболочки геном env человеческого ретровируса HERV-W. Как и вирусы HERV-K, вирусы HERV-W содержат гены и последовательности, принципиально важные для работы человеческого генома. Это открытие было первым весомым и неоспоримым доказательством генетического симбиоза с ретро-вирусами в человеческой эволюции[51]. Через пару месяцев независимо работающая группа Малле из Франции подтвердила открытие[52]. Тремя годами позже было обнаружено, что второй человеческий эндогенный ретровирус, известный как HERV-FRD, кодирует другой синтициновый протеин, играющий важную роль в формировании плацентарной мембраны[53]. Эти протеины получили названия «синтицин 1» и «синтицин 2». У каждого своя особая роль в образовании плаценты. К тому же синтицин 2 (но не синтицин 1) важен для подавления иммунитета — еще одной функции плаценты.

Далее исследования развивались столь стремительно, что за год оказалось возможным прийти к полноценной модели формирования плаценты, описывающей согласованные действия двух производящих синтицины HERV, связанных к тому же и с коэновской находкой ERV-3. Вся троица работает согласованным образом для создания структур, необходимых для защиты и питания зародыша в утробе. Но исследование выявило и весьма любопытную деталь: обнаружилось присутствие приблизительно у одного процента кавказоидов мутации, не позволявшей ERV-3 осуществлять подавление иммунитета и способствовать слиянию клеток — но при этом беременность по-прежнему оставалась возможной. С чем это связано, до сих пор не выяснили, но можно предположить: хотя ERV-3, очевидно, играет важную роль в формировании плаценты в большинстве беременностей, незаменимым он не является. Возможно, другой вирус подключается вместо него.

Как же совместить такую необходимость HERV для организма с эволюционной теорией, а в особенности с естественным отбором? Ранее полагали, что они интегрируются в геном раз и навсегда, — но было показано, что HERV могут покидать хромосомы либо вследствие случайного удаления их частей (известно, что это случается с ходом эволюции), либо когда хромосомы обмениваются частями (что происходит при формировании спермиев и яйцеклеток и называется «половая гомологическая рекомбинация»). Но когда группа французских ученых исследовала эволюционную траекторию ретровирусного гена, кодирующего синтицин 1, ERVWE1, то обнаружила «поразительное сохранение» не только этого гена, но и LTR в течение огромного промежутка времени[54]. Едва ли нужно повторять, что это — прекрасное подтверждение симбиотического характера эволюционной динамики, убедительное свидетельство того, что ген env и LTR вируса HERV-W были сохранены естественным отбором в процессе эволюции приматов. Этот ген присутствует у шимпанзе, горилл, орангутангов, гиббонов и людей.

Отбором на уровне партнерства можно объяснить и другие наблюдаемые свойства HERV, из-за потери генов или мутации лишившихся изначальной экзогенной независимости.

Одни специалисты полагают, что плацента млекопитающих развилась без симбиотического участия вирусов, но другие, включая Вильярреала, считают вирусы причастными к образованию плаценты с самого начала существования плацентарных млекопитающих. По-видимому, оба сценария имеют право на существование, поскольку у каждой большой группы млекопитающих, исследованных на сегодняшний день — а это грызуны, жвачные (включая овец и коров) и приматы, — в образовании плаценты участвуют совершенно разные вирусы. Тут, вероятно, нам помогут сумчатые — млекопитающие, у которых плаценты нет. Их геномы при этом изобилуют ретровирусами, а у некоторых сумчатых, таких, как жирнохвостая сумчатая мышь, возникает подобие плаценты, исчезающей по мере развития зародыша. Напрашивается вывод: именно изучение сумчатых поможет понять, как возникла плацента у млекопитающих. К сожалению, исследования по этой теме были свернуты из-за недостатка финансирования, несмотря на первые многообещающие результаты.

Сейчас мы узнаем все больше о роли, играемой HERV в тканях человеческого тела. Например, LTR содержат «бюрократические» элементы, способствующие экспрессии генов как вирусного, так и позвоночного происхождения и влияющие разными способами на производство клетками белков. Но важнее всего роль HERV в развитии человеческого эмбриона. В середине девяностых годов прошлого века Ларсен с коллегами из университета Упсалы объединился с Патриком Венаблем из Хаммерсмитского госпиталя в Лондоне и Коэном, перешедшим на работу в лабораторию «Эбботт» в Чикаго, где исследовал экспрессии генов ERV3 в человеческих тканях. Совместно они выяснили, что экспрессия ERV3 далеко не ограничивается плацентой и наблюдается во многих тканях, например в сальных железах кожи, буром жире, яичниках, адреналиновых железах, производящих стероиды и впрыскивающих их в кровь, а также в культурах человеческих клеток, подвергнутых стрессу путем понижения содержания кислорода в окружающей среде[55]. Экспрессия ERV3 в производящих гормоны железах — таких, как яичники и адреналиновые железы, — указывает: экспрессия ERV3 может быть зависимой от гормонов.

Шестью годами позже эта же группа в сотрудничестве с другими группами из Великобритании и Германии продолжила изучение экспрессии ERV3 (уже переименованного в HERV-R), а также HERV-К в развивающемся человеческом зародыше[56].

Работа с человеческими зародышами неизбежно влечет за собой проблемы морального свойства, потому следует пояснить: для исследований использовались не зародыши от прерванных беременностей, но от женщин, нуждающихся в удалении зародыша из-за внематочной беременности — опасной для жизни ситуации, когда оплодотворенная яйцеклетка внедряется не в стенку матки, но в стенку фаллопиевой трубы. Было обнаружено, что HERV-R (ERV-3) весьма активен во многих тканях зародыша, включая адреналиновые железы, почки, печень, язык, сердце и центральную нервную систему. Столь высокая экспрессия HERV-R в упомянутых тканях и органах указывает на важность ее для нормального развития клеток этих тканей и органов. Несомненно, настолько нужным и важным для человека HERV-R мог сделаться лишь в результате симбиотической интеграции в процессе эволюции.

В 2003 году французские ученые продолжили эти изыскания, исследуя человеческий геном на предмет env-генов HERV, прямо участвующих в синтезе протеинов в здоровых тканях, и нашли шестнадцать таких генов[57]. Как уже указывалось, активная экспрессия этих генов подразумевает сохранение их естественным отбором по причине выполнения ими важных функций. Три из них участвуют в образовании плаценты, два активно работают в щитовидной и адреналиновых железах — и, возможно, связаны с производством гормонов. Все шестнадцать генов весьма активны в тестикулах, что подтверждает хорошо известный факт активной экспрессии эндогенных ретро-вирусов в половых органах самцов — от мухи дрозофилы до человека. Французские ученые выяснили: хотя некоторые из этих генов не столь активно участвуют в синтезе белков, как остальные, все без исключения их контрольные последовательности, их «бюрократы», задействованы в создании спермы.

Что примечательнее всего, Ларсен с соавторами обнаружили очень активную экспрессию вирусных генов env и gag в важнейших структурах и тканях головного мозга — а это подразумевает важность этих генов для физиологии и анатомии человека. Среди синтезируемых вирусом белков присутствуют синтицины 1 и 2 — те самые, играющие важнейшую роль в образовании плаценты. Поразительно, но экспрессия вирусных генов в мозге интенсивнее, чем даже в плаценте, и, по-видимому, интенсивнее, чем где-либо еще в организме. Никто пока не знает, что эти протеины делают в мозге и различаются ли они неким образом от протеинов плаценты, но, вероятно, они играют важную роль.

Сейчас многие лаборатории занимаются исследованиями по этой теме, и, надо думать, в скором времени эта роль прояснится. Например, недавно обнаружили 533 случая присутствия транспозируемых элементов в кодирующих белки генах человеческого генома[58]. Другое исследование открыло широкую распространенность «транспозируемых элементов» в областях человеческого и мышиного геномов, вовлеченных в работу иммунной системы и реакции на внешние стимулы[59]. Немецкие исследователи подтвердили большую активность HERV в здоровых человеческих тканях и заключили: «HERV активны в человеческих клетках, причем их активность зависит от типа этих клеток». Среди тканей и органов с наибольшей активностью HERV — кожа, щитовидная железа, плацента, репродуктивные органы. По сути, нет ни единой ткани либо органа, где бы HERV были вообще неактивны, что подтверждает «перманентное и активное присутствие эндогенных ретровирусов в человеческом транскриптоме»[60]. Свидетельства в пользу обширного участия вирусной компоненты генома в построении и функционировании человеческого тела столь весомы, что генетики призывают организовать масштабный проект по изучению транскриптома HERV[61].

Интервью с Эриком Ларсеном, одним из организаторов этого проекта, я завершил вопросом:

— Как вы думаете, не есть ли открытое на сегодняшний день — лишь верхушка айсберга?

— Несомненно! — ответил он.

Принимая во внимание обширность присутствия вирусов в нашем геноме, неизбежен вопрос о роли этих вирусов в заболеваниях. В трех последующих главах мы подробно обсудим этот вопрос. Мы обсудим роль их в возникновении и развитии болезней в целом и общем и уделим особое внимание раку и аутоиммунным заболеваниям. А попутно бросим более пристальный взгляд на странные образования, названные LINES, SINES и Alu, составляющие более тридцати четырех процентов человеческого генома.