Пришельцы среди нас: как вирусы меняют мир?

«Царь природы, повелитель мира, самое развитое существо на Земле…» Какими еще эпитетами может описать себя человек разумный? Нам кажется, что власть человечества на планете безгранична, а сами мы живем в полной безопасности. Кто наш самый опасный враг? Вряд ли это тигр или крокодил, ведь мы давно заперли их в зоопарках. Может быть другой человек? К счастью, две мировые войны научили нас договариваться и поддерживать хрупкий мир. Но есть на Земле невидимый, крошечный, и поистине страшный враг, победить которого не удалось до сих пор – вирусы.

Очередная пандемия, которую мы восприняли как нечто из ряда вон выходящее, вновь обратила внимание человечества на вирусы. Грипп, ветрянка, герпес уже давно никого не пугают, а вот коронавирус SARS-COV-2, на данный момент унесший жизни 850 тысяч человек, стал реальной угрозой по нескольким причинам. Во-первых, до сих пор не появилось эффективной вакцины, позволяющей избежать заражения. Во-вторых, высокое число зараженных, с которым не справляются системы здравоохранения даже развитых стран, влечет за собой беспрецедентное число смертей. В-третьих, пандемия нанесла чудовищный экономический урон, оставив десятки миллионов людей без работы и уничтожив тысячи предприятий.

Помимо коронавируса, человечеству еще приходится уживаться и с неизличимым ВИЧ, которым болеют 37 миллионов человек. Сто лет назад вспышка испанки и вовсе унесла больше жизней, чем Первая Мировая война, а до этого вирусы гриппа, кори и оспы ставили на грань выживания цивилизации Китая, Древнего Египта, Римской империи и полностью уничтожили империи майя, инков и ацтеков. Вирусы оказались смертоноснее и гораздо опаснее любого оружия, созданного человеком, – включая ядерное. Маленькие невидимые странные существа меняли ход истории «всесильного» человечества, поставив на колени «царя природы».

Больные «испанским гриппом»

Что общего у человека, деревьев и грибов? Их объединяет главное – все эти существа живые. Они состоят из клеток, которые обеспечивают обмен веществ, выработку энергии и передачу информации. Новые клетки приходят на смену больным и старым – цикл повторяется вновь и вновь, появляется потомство, а сам организм со временем наконец умирает. Такова жизнь – единая для всех существ на Земле. И у всех нас до единого есть общий предок под названием LUCA (Последний универсальный общий предок, англ. last universal common ancestor) – примитивный одноклеточный организм, живший еще около 3,5 – 3,8 млрд назад. Он жил в глубоководных геотермальных источниках, образуемых при взаимодействии морской воды с раскаленной магмой, предпочитая высокие температуры.

Другое дело – вирусы. Что это вообще такое? У них нет клеток, нет «тела», нет метаболизма. Фактически, это микроскопические частицы, молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) с белковой оболочкой. Ученые до сих пор спорят, можно ли отнести вирусы к живым организмам, ведь у них нет процесса обмена веществ, они неспособны размножаться вне клетки и ведут себя скорее как химические вещества. По сути, они ищут клетку, в которой можно паразитировать, высасывая питательные вещества и размножаясь. Они забирают у своего хозяина все, кроме генетического кода. Их не интересует добыча питательных веществ, им абсолютно безразлично наличие кислорода, вирусы не объединяются в организмы. Все, что им нужно, – найти клетку и воспроизвести как можно больше своих копий. Самая простая цель самого необычного существа. В 2002 году в США был проведен жуткий эксперимент группой ученых под руководством Экарда Виммера: взяв за основу обычные химические элементы, они создали вирус полиомиелита, который затем смог найти живые клетки, заразить их и воссоздать миллионы своих копий. Это ли не чудо – создать живое из неживого?

Вирусы являются одной из самых распространенных форм существования органической материи на планете: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 250 миллионов  частиц на миллилитр воды), их общая численность в океане достигает непостижимого количества – десяти с 31 нулем (10³¹), что превосходит численность любых других живых существ. В океане обитают более двухсот тысяч видов (штаммов) вирусов, подавляющее большинство которых не описаны и тем более не изучены. Вирусы играют важную роль в регуляции численности популяций некоторых видов живых организмов (например, вирус арктического бешенства раз в несколько лет сокращает численность песцов в несколько раз).

Вирус SARS-Cov-2, вызывающий Covid-19

Вирусы научились атаковать любой живущий на Земле организм – от растений до людей. Говорят, что человек убивает больше всего живых существ на планете. Как бы не так: именно вирусы – самые кровожадные существа, уничтожающие все формы жизни. Нагляднее всего это заметно в океане, где пятая часть одноклеточного планктона ежедневно гибнет из-за вирусов. Что касается человечества, то морги на улицах Нью-Йорка, переполненные телами погибших от COVID-19, – это лишь бледная тень страшных пандемий, с которыми сталкивалось человечество в прошлые столетия.

С другой стороны, как ни цинично это звучит, вирусы играют важную роль в регулировании численности населяющих Землю организмов. Логика проста: чем больше, например, людей, тем выше их плотность проживания и, соответственно, выше шанс заражения. Единичные случаи нередко перерастают в эпидемии, а регулярная мутация вирусов значительно затрудняет процесс борьбы с ними. Это не единственная «положительная» сторона существования вирусов.

Как писал великий ученый Исаак Ньютон, «каждое действие имеет равное противодействие», и его слова оказались справедливы не только в области физики. Организмы, на которые нападают вирусы, вынуждены защищаться, и регулярные атаки, а также мутации вирусов держат иммунную систему в тонусе, вынуждая ее укреплять свою защитную функцию. В свою очередь, это способствует защите от более широкого круга инфекционных заболеваний. Так, например, зараженные клетки научились жертвовать собой, чтобы погибнуть вместе с вирусом и не дать заразить другие клетки. Это не только способствует защищенности клеток, но и непосредственно приводит к формированию более сложных организмов, где каждая из них взаимодействует со всеми остальными и является важной частью целого. Таким образом, как ни парадоксально, агрессивные, жестокие вирусы способствуют развитию эволюции, уничтожая слабых и делая выживших еще сильнее. Как ни цинично это звучит, но законам природы неведомы принципы гуманизма, но, возможно, мы бы не стали теми, кто мы есть, если бы не существовало вирусов.

Выработка все более изощренных механизмов нападения и защиты, а также способов взаимодействия клеток, – не единственный фактор развития эволюции с помощью вирусов. Благодаря своей уникальной структуре, вирусы способствуют передаче генетической информации. Шокирующий факт – человечества бы не существовало вовсе, если бы не вирусы: наши гены на 8%-25% состоят из генов вирусов! Как же так произошло? Как уже упоминалось, попав в клетку, вирус передает ей собственный генетический код, с тем чтобы начать репликацию себе подобных. Однако некоторые клетки выживают, уничтожая вирус, но сохраняя его генетический материал. Вместе с размножением клетки он передается дальше и становится неотъемлемой частью целого организма. Так, например, благодаря вирусам у млекопитающих появилась плацента, и даже в человеческом мозге нейроны имеют генетические различия, что дает нам уникальные возможности мышления и, фактически, делает нас Homo Sapiens.

Прототип вакцины от COVID-19

Человечеству удалось развиться благодаря вирусам, выжить вопреки им, а теперь мы придумали новый способ борьбы со старым врагом, при этом сохранив все положительные стороны такого взаимодействия. Речь идет о вакцинации. В XVIII веке обнаружили, что люди, которые пострадали от менее вирулентной коровьей оспы, оказывались невосприимчивыми к натуральной оспе. А в далеком 1796 году английский врач Эдвард Дженнер проверил свою гипотезу, привив Джеймса Фиппса, восьмилетнего сына своего садовника. Он соскрёб гной с пузырьков оспы на руках Сары Нелмс, своей доярки, которая заразилась коровьей оспой, и втёр его в две царапины на руке здорового ребёнка. По тем временам это был революционный эксперимент: он привил коровью оспу мальчику и доказал, что тот стал невосприимчивым к натуральной оспе — последующие попытки (более 20) заразить мальчика человеческой оспой оказались безуспешными.

Ранние попытки проверить эффект вакцинации омрачались случаями заражения оспой, но, несмотря на противоречия в медицинских кругах и религиозное противостояние применению материалов от животных, к 1801 году доклад Эдварда Дженнера был переведён на шесть языков, а вакцинированы были более 100 000 человек. В XXI веке благодаря вакцинации удалось полностью победить корь, унесшую жизни 300 миллионов человек в предыдущем столетии, удалось справиться с полиомиелитом, а пандемия коронавируса приведет к многократному росту расходов на медицину и позволит в перспективе отправить на свалку истории и грипп. В целом, по оценкам Всемирной организации здравоохранения, ежегодно вакцины спасают от 2 до 3 миллионов жизней.

Вирусы, пожалуй, самые необычные существа на нашей планете. Они, скорее, напоминают загадочных пришельцев: настолько вирусы уникальны и непохожи ни на что другое. Одновременно и живые, и мертвые, чрезвычайно малого размера, они оказывают колоссальное влияние на все живые организмы, уничтожая их миллиардами. Как бы то ни было, у вирусов есть и положительные стороны, благодаря которым и Земля, и человечество стали тем, что представляют из себя сейчас. Мы ведем войну с вирусами миллионы лет, и особенно преуспели в последние десятилетия, победив страшные болезни прошлого. Однако расслабляться пока рано – и нынешняя пандемия лишь еще одно тому напоминание. Но одно можно утверждать наверняка – если бы не вакцины, не развитые технологии и не выработанный за многие годы иммунитет, счет жертвам шел бы на сотни миллионов. Но и вирусы не дремлют. Они видоизменяются, мутируют, продолжая бороться за свою «жизнь», придумывая все более изощренные способы нападения. По всей видимости, жить нам с пришельцами еще очень долго.