Если вам понравилась книга, вы можете купить ее электронную версию на litres.ru

Карл Циммер

Планета вирусов

Грейс,

моей любимой хозяйке


Предисловие

Вирусы несут угрозу благополучию человечества, затрагивая жизнь почти миллиарда людей. В то же время они сыграли важную роль в заметных достижениях биологии прошлого столетия. Вирус натуральной оспы был самым смертоносным врагом человечества, а теперь это одна из немногих болезней, стертых с лица земли. Новые и старые вирусы, такие как возбудители гриппа, вирусы Эбола, Зика, а теперь пандемия COVID-19, создают катастрофические угрозы мирового масштаба и небывалые проблемы. Эти и другие вирусы, вероятно, и впредь будут угрожать человеческому здоровью. Более основательные знания о них помогут нам подготовиться и предотвратить будущие вирусные заболевания и пандемии.

Вирусы играют незримую, но активную роль в экологии Земли. Они переносят ДНК между видами, обеспечивают новый генетический материал для эволюции и регулируют обширные популяции организмов. Все виды, от крошечных микробов до крупных млекопитающих, подвержены воздействию вирусов. Влияние вирусов не ограничивается организмами — они воздействуют на климат, почву, океаны и пресную воду. Рассматривая формирование всякого животного, растения или микроорганизма в ходе эволюции, приходится учитывать важную роль их соседей по планете — крошечных, но могучих вирусов.

После выхода первого издания «Планеты вирусов» в 2011 г. вирусы не переставали нас всех удивлять. Заболеваемость лихорадкой Эбола, прежде сводившаяся к локальным вспышкам в африканской глуши, переросла в масштабные эпидемии и распространилась на другие континенты. От животных к людям перешли новые вирусы типа MERS и SARS. ВИЧ был впервые описан в 1983 г., и сегодня с ним живут почти 38 млн человек. Вместе с тем ученые открывают новые способы приручить разнообразие вирусов нам во благо. Все эти новые события вдохновили Карла Циммера на новое издание «Планеты вирусов».

Большая часть этих очерков изначально была написана Циммером для проекта «Мир вирусов» в рамках программы Science Education Partnership Award (SEPA), поддерживаемой Национальными институтами здравоохранения. Проект «Мир вирусов» был призван популяризировать знания о вирусах и вирусологии с помощью комиксов, методических пособий, приложений для мобильных телефонов и айпадов и других материалов. Более подробно о «Мире вирусов» — на сайте проекта http://worldofviruses.unl.edu.

...
Джуди Даймонд, PhD, профессор Университета штата Небраска и куратор музея при университете, руководитель проекта «Мир вирусов» Чарльз Вуд, PhD, профессор биологии и биохимии в Университете штата Небраска, директор Центра вирусологии штата Небраска

Введение

«Заразная живая жидкость»

Вирус табачной мозаики и открытие мира вирусов

В 80 километрах к юго-востоку от мексиканского города Чиуауа расположена засушливая, пустынная горная гряда Сьерра-де-Найка. В 2000 г. систему пещер под этими горами обследовали шахтеры. Спустившись на 300 метров под землю, они словно оказались в другом мире. Они стояли в зале 9 метров шириной и 27 метров длиной. Свод, стены и пол выстилали гладкие полупрозрачные кристаллы гипса. Кристаллы встречаются во многих пещерах, но таких, как в Сьерра-де-Найка, еще не бывало. Они достигали 11 метров в длину и весили до 55 тонн. Бусы из таких кристаллов не сделаешь. По ним можно было карабкаться, словно по холмам.

С момента открытия этой уникальной Пещеры кристаллов некоторым ученым посчастливилось посетить ее. В их числе был Хуан Мануэль Гарсиа-Руис, геолог из Гранадского университета. Изучив кристаллы, он установил, что они сформировались 26 млн лет назад. В то время из недр Земли поднимались расплавленные породы, образуя горы. Возникали подземные полости, заполнявшиеся горячей, насыщенной минералами водой. Из-за жара, идущего от магмы снизу, вода оставалась обжигающе горячей, порядка 58 ℃. Это была идеальная температура для осаждения из воды минералов и образования кристаллов. По неустановленным причинам вода сохраняла эту идеальную температуру на протяжении сотен тысяч лет. Такое длительное «томление» позволило кристаллам вырасти до фантастических размеров.

В 2009 г. в Пещеру кристаллов с новой экспедицией отправился еще один ученый, Кёртис Саттл. Из водоемов в пещере Саттл и его коллеги собрали воду и доставили ее для анализа в свою лабораторию в Университете Британской Колумбии. Если учесть сферу деятельности Саттла, его экспедиция может показаться бессмысленной затеей. Саттл не имел профессионального интереса к кристаллам, минералам и вообще к каким бы то ни было горным породам. Он — вирусолог.

В Пещере кристаллов нет людей, которых могли бы заражать вирусы. Там нет даже рыб. На протяжении миллионов лет пещера была фактически отрезана от внешнего мира. Однако экспедиция Саттла не прошла даром. Отобрав пробы пещерной воды, он рассмотрел их в микроскоп и увидел вирусы — полчища их. В каждой капле воды из Пещеры кристаллов содержится около 200 млн вирусов.

В том же году другая исследовательница, Дана Уиллнер, организовала собственную экспедицию в погоне за вирусами. Она углубилась не в пещеру, а в человеческий организм. По просьбе Уиллнер разные люди откашливали в чашку мокроту, из которой она и ее коллеги добывали частицы ДНК. Затем они сопоставляли фрагменты ДНК с миллионами последовательностей, хранящихся в электронных базах данных. Основная доля ДНК из образцов мокроты была человеческой, но многие фрагменты принадлежали вирусам. До «экспедиции» Уиллнер ученые считали легкие здоровых людей стерильными. Но Уиллнер обнаружила, что в среднем у людей в легких обитает 174 вида вирусов. Лишь 10 % видов, выявленных Уиллнер, были родственны уже известным вирусам. Остальные 90 % оказались столь же уникальными, как те, что таились в Пещере кристаллов.

В пещерах и в легких человека, в ледниках Тибета и в дующих высоко над горами ветрах ученые продолжают открывать вирусы. Они обнаруживают их быстрее, чем успевают разобраться в них. На данный момент официальные научные названия присвоены нескольким тысячам вирусов, но их реальное количество, по некоторым оценкам, может достигать триллионов. Вирусология как наука еще пребывает в младенчестве. Но сами вирусы сопровождают нас издавна. Тысячелетиями они были известны нам только по их воздействию — заболеваниям и смертям. Однако до недавнего времени мы не знали, с чем связать эти неприятности.

В самом слове «вирус» исходно заключалось противоречие. Мы унаследовали слово от Римской империи, где оно обозначало одновременно змеиный яд и мужское семя. Сотворение и разрушение в одном слове.

В последующие века в слово «вирус» стали вкладывать другой смысл: под ним подразумевали всякую заразную субстанцию, способную распространять болезни. Это могла быть жидкость вроде выделений из болячек. Это могла быть субстанция, таинственным образом передающаяся по воздуху. Этим веществом можно было даже пропитать лист бумаги, прикосновение к которому вызывало болезнь.

Свое современное значение слово «вирус» начало обретать лишь к концу XIX в. благодаря сельскохозяйственной катастрофе. На табачные плантации в Нидерландах напала болезнь, из-за которой растения чахли, а листья выглядели как мозаика из живых и мертвых участков, будто заплатки на ткани. Целые хозяйства пришли в запустение.

В 1879 г. голландские фермеры пришли к молодому агрохимику Адольфу Майеру с мольбой о помощи. Майер дал этой напасти имя — «табачная мозаика». Чтобы найти ее причину, он исследовал среду, в которой росла рассада, — почву, температуру, солнечное освещение, но не обнаружил никакой разницы между здоровыми растениями и больными. Возможно, предположил Майер, виновата какая-то невидимая инфекция. Ученые тогда уже установили, что картофель и другие растения могут страдать от грибков, поэтому Майер стал искать грибок на табачных кустах. Он ничего не нашел. Он поискал паразитических червей, поражающих листья. Опять ничего.

В конце концов Майер отжал сок из больных растений и ввел его в здоровые табачные кусты. Здоровые растения заболели. Майер понял, что в табачной рассаде, должно быть, размножается какой-то микроскопический патоген. Он взял сок больных растений и поместил его в инкубатор у себя в лаборатории. Появились колонии бактерий, которые вскоре разрослись настолько, что Майер мог наблюдать их невооруженным глазом. Майер нанес эти бактерии на здоровую рассаду, чтобы узнать, вызовут ли они табачную мозаику. Ничего подобного не произошло. В наше время ученым известно, что растения покрыты бактериями от листьев до корней. Многие микроорганизмы не только не вызывают болезней, но и помогают растениям успешно выживать. После этой неудачи исследования Майера застопорились. Мир вирусов остался неоткрытым.



Через несколько лет другой голландский ученый, Мартин Бейеринк, продолжил с того места, на котором сдался Майер. Он задумался, не может ли вызывать болезнь нечто иное, чем черви, грибки или бактерии, — нечто намного меньшего размера. Он измельчил больные растения и пропустил массу через тонкопористый фильтр, который отсеивал все содержавшиеся в ней клетки. Осталась прозрачная бесклеточная жидкость. Когда Бейеринк ввел ее здоровым растениям, они заболели табачной мозаикой. А когда Бейеринк отфильтровал сок свежеинфицированных табачных листьев, ему удалось заразить и другие здоровые растения.