Симбіоз - це не менш важливий фактор еволюції, ніж конкуренція. Велику роль в симбіотичних системах відіграють віруси. Теплокровний організм - ідеальне місце для розмноження бактерій, і якби не імунна система - бактерії просто знищили б нас. Імунну систему сформували «приручені» тваринами віруси. Тільки симбіоз з вірусами допомагає людству вижити.
Доктор біологічних наук, співробітник Палеонтологічного інституту РАН Олександр Марков розповідає, як еволюція симбиотической системи тварин і вірусів привела до створення імунної системи, необхідної для існування теплокровного організму, і про ту найважливішу роль, яку відіграють вірусні механізми в життя тварин і рослин.
- Пане Олександре, давайте почнемо з якого-небудь яскравого прикладу симбіозу, в якому беруть участь віруси.
- Чим віруси відрізняються від бактерій?
- У вірусу немає клітини. У них є спадкова інформація у вигляді молекули РНК або ДНК і у них є білкова оболонка, і більше нічого. Вірус - це, звичайно, не самостійна система, можна сказати, що це частина світового генетичного банку.
В еволюції тварин можна привести, як мінімум, три приклади, коли віруси або вірусоподібні об'єкти - мобільні шматочка генома - зіграли важливу позитивну роль.
По-перше, знаменитий фермент - теломераза за своїм походженням, швидше за все, вірусний об'єкт. Справа в тому, що теломераза - це спеціальний білок, який займається тим, що він добудовує кінчики хромосом. Згідно з однією з теорій, багатоклітинні організми старіють, тому що при кожному клітинному розподілі хромосома трішечки коротшає і виникає небезпека, що хромосоми в кінці кінців так вкоротити, що втратять функціональність і якимось чином потрібно ці кінчики, які не відображаються при копіюванні, добудовувати. Російський вчений Олексій Оловников припустив. що повинен існувати спеціальний фермент для добудови кінчиків хромосом. І цей фермент дійсно відкрили і назвали теломеразой. Це фермент, який рятує наші клітини від незворотного старіння.
Але до чого тут віруси? Справа в тому, що, як зараз вважається, цей білок теломераза має вірусне походження. Вірус - це спеціальний пристрій (я говорю зараз про так званих РНК-містять віруси), це спеціальний пристрій для запису інформації в геном інших організмів. Він містить РНК, потрапляє в клітину. І та інформація, яка записана в цій вірусної РНК, вона листується в формі ДНК вже в геном, скажімо, людської клітини. Вірус кодує необхідні ферменти для для запису інформації в геном.
Щоб синтезувати ДНК, втрачену на кінчиках хромосоми використовується цей же механізм, тобто теломераза містить в своєму складі шматочок РНК, РНК-матрицю, на основі якої тим же самим вірусним способом дописується шматочок ДНК по цій матриці, і хромосоми таким чином добудовуються. Якимось чином предкам всіх вищих організмів (еукаріот) вдалося «приручити» якийсь РНК-вірус і використовувати його таким чином, щоб він добудовував кінчики хромосом. Віруси самі по можна назвати живими організмами, але, потрапляючи в клітину, вони починають працювати як частина цієї клітини. І це далеко не завжди має патологічні наслідки, далеко не всі віруси викликають хвороби.
Дивно, але за останніми даними, 40-45% всього геному людини - це всілякі мобільні і повторювані елементи, що володіють здатністю переміщатися по геному, тобто, грубо кажучи, це колишні віруси або розмножилися вірусоподібні об'єкти, і це до 45% генома людини.
- Тобто ми можемо сказати, що молекула ДНК - це симбиотическая молекула. Коли ми бачимо складну молекулу ДНК, то незрозуміло як могло виникнути такий складний пристрій? Але в дійсності вона виникла не під впливом одиничних мутацій, а в результаті симбіотичного обміну - тобто фактично збиралася з будівельних блоків.
- Абсолютно вірно. Це - блоковий принцип еволюції.
Другий випадок, коли в еволюції вищих хребетних тварин в нагоді віруси - це система набутого імунітету. Що відбувається, коли ми виробляємо імунітет до нової хвороби? Адже антитіла виробляються навіть до синтетичних речовин, яких в природі немає.
У геномі людини немає готових генів антитіл, а є набір заготовок. Ген антитіла збирається з трьох шматочків, причому в геномі є сотні варіантів першого шматочка, кілька десятків варіантів другого шматочків і кілька варіантів третього, їх треба зібрати. Ось в кожному лімфоцит відбувається вирізання, береться один шматочок ДНК першого типу, один другого, один третього, і вони склеюються разом в працюючий ген, і вже з нього синтезується антитіло. Воно потім ще може додатково доводиться до потрібної кондиції, але початковий етап - це нарізування і збір зі шматочків гена. Так відбувається редагування генома.
Хто робить ці операції - нарізку, переміщення? Це роблять білки, теж запозичені у мобільних генетичних елементів - у вірусів. Є так звані транспонзони (Transposon) це давно «приручений» вірус, що втратив здатність передаватися між організмами, ці віруси передаються тільки від батьків до нащадків, але вони зберегли рухливість всередині генома. Транспозон кодує білок, який здатний цей транспозон вирізати і перенести на нове місце, розмножити. Вони можуть розмножуватися, вони і складають до 40% нашого геному. Для нарізки блоків імунних молекул були теж використані ферменти мобільних генетичних елементів.
- Необхідно підкреслити, що роль імунної системи надзвичайно важлива. Вона дозволяє людині вижити і протидіяти атакам мікроорганізмів.
- Посудіть самі: теплокровна ссавець - це просто інкубатор. 37 градусів постійна температура тіла - це ж рай для бактерії. Якби не імунна система, нас би просто з'їли.
І третій важливий приклад, того що принесли віруси в симбіотичний систему, якою є організм тварин. Нещодавно був виявлений ген в геномі ссавців, який необхідний для розвитку плаценти - того органу, який здійснює обмін між організмом матері і плодом, завдяки якому порівняно довго плід може безпечно розвиватися в утробі матері. А то що це займає досить тривалий, до речі, вважають найважливішою передумовою для розвитку мозку і, в кінцевому рахунку, для появи розуму.
Був знайде регуляторний ген, який необхідний для розвитку плаценти. Структура цього гена виявилася схожою зі структурою одного з мобільно-генетичних елементів. Тобто це знову-таки «приручений» РНК-вірус.
- Пане Олександре, ми приходимо до висновку, що симбіоз грає набагато важливішу роль, ніж це може здатися. Ми всі чули, про таких симбіотичних системах, в яких комахи обпилюють рослини. Але те, що ви розповіли, говорить про те, що симбіоз - це дійсно магістральний розвиток всієї еволюції, саме симбіоз може дати пояснення, чому організми можуть так швидко ускладнюватися і набувати зовсім нові функції і можливості.
- Мені і представляється ця тема дуже важливою, але до сих пір в біології зберігається ставлення до симбіозу, як до якогось курйозу, якийсь примхи матінки-природи. Але якщо взяти факти, то ми бачимо, що це не просто типово, але це основа і прогресивної еволюції і функціонування біосфери. Це - загальне явище.
Коли був відкритий один з перших випадків симбіозу - виявилося, що лишайник - це симбиотический комплекс гриба і водорості -вчення дуже здивувалися: треба ж, чудеса які. Ми думали, це рослина, а це якийсь немислимий комплекс - і гриб, і водорості разом переплелися, і вийшов лишайник. Але з тих пір вже стільки відкрито ще більш дивних симбіотичних систем, що вже пора перестати дивуватися, а включити це явище в загальну теорію як невід'ємний її елемент.
- Тобто, можна сказати, головне в природі це не загальна боротьба і взаємне знищення, а синтез, взаємодопомога і співробітництво.