Вирусы. Откуда они берутся, как передаются людям и что может защитить от них - Андерс Фомсгорд

Когда лекарства оказываются бесполезными в борьбе с бактериями (возможно, из-за межбактериальной передачи фагами свойств резистентности), приходится пробовать альтернативные, зачастую весьма нестандартные способы лечения. Например, сталкивать разные виды бактерий в своего рода микробиологической войне. Одним из таких необычных методов является трансплантация фекальной микробиоты пациентам с угрожающей жизни диареей, вызванной мультирезистентной бактерией Clostridie difficile, которая встречается в большинстве больниц и поражает пациентов с ослабленным иммунитетом. Это типичный пример госпитальной инфекции. Зачастую она становится последней каплей, сражающей больного наповал – он либо получает пожизненную хроническую диарею, либо умирает.

Трансплантация кишечной микробиоты – это дипломатический термин для обозначения процедуры пересадки фекалий и кишечной микрофлоры от здорового донора в ЖКТ больного. Цель заключается в том, чтобы обеспечить более сбалансированную кишечную флору и потеснить бактерий Clostridie difficile. В то время как антибиотики оказываются мало эффективными, фекальная трансплантация действительно помогает. Эта процедура оказывает потрясающий эффект: однократная пересадка свежих или замороженных и высушенных фекалий полностью излечивает 85–90 % больных. После двух процедур выздоравливают почти все. Правда, при применении данного метода существует риск передачи пациенту болезнетворных микроорганизмов от клинически здорового донора.

После недавнего обсуждения в прессе экспериментов по пересадке кишечной флоры от худых мышей толстым и наоборот, после чего худые мыши толстели, а толстые худели, в обществе появилась тенденция покупки-продажи экскрементов в надежде обрести какое-то желаемое качество от индивида, который им обладает. Насколько широко распространено это явление, каким образом происходит передача и в каких масштабах, насколько эффективны эти действия, а также передаются ли вместе с экскрементами различные заболевания – во всем этом было бы интересно разобраться подробнее.

Недавние исследования продемонстрировали, что трансплантация полностью очищенных от бактерий фекалий имеет тот же самый терапевтический эффект. Таким образом, крошечных вирусов, бактериофагов, просачивающихся в фильтр от полезных микроорганизмов, оказывается вполне достаточно, чтобы сформировать здоровую микрофлору кишечника, а значит, вовсе не обязательно заселять в ЖКТ сами бактерии. Достаточно подселить туда стерильных отфильтрованных бактериофагов. Несомненно, это гораздо более приемлемая альтернатива, не связанная с обозначенными выше побочными эффектами. Кроме того, это очередной убедительный пример того мощного влияния, которое вирусы оказывают на нашу микрофлору, а тем самым и на нас самих.

Уже достаточно давно было установлено, что большинство фагов уничтожают «своих» бактерий, заражая их и размножаясь внутри, а значит, они могут быть использованы в качестве альтернативы антибиотикам. В 1917 году во время Первой мировой войны некоторые военные врачи лечили больных дизентерией отфильтрованными фекалиями, содержащими эти микроорганизмы (хотя, конечно, в то время еще не знали об их существовании). И эта искусственно развязанная биологическая война в кишечнике приносила удивительные плоды. Косметическая фирма L’Oreal даже разработала на основе фагов специальные таблетки для лечения дизентерии. Однако метод «фаговой терапии» угас с открытием антибиотиков. Возможно, подобное лечение вновь обретет популярность с появлением все большего количества бактерий, резистентных к антибиотикам и бросающих вызов современному здравоохранению.

Совсем недавно ученые обнаружили, что у бактерий также имеется некое подобие иммунной системы для борьбы с атакующими их фагами. Это CRISPR-Cas-система (от англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats – короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами), которая состоит из множества фрагментов ДНК фагов, оставшихся от предыдущей инфекции. Бактерия сохраняет их и встраивает в собственную ДНК. Если она снова сталкивается с таким же типом фагов, фрагменты их генома будут соответствовать записи, содержащейся в «архиве». Таким образом она вовремя распознает атакующий объект и сможет ему противостоять. Когда патогенный фрагмент ДНК бактерии совпадает с генами фага, внутри клетки активизируется определенный фермент (под названием Cas), который разрезает чужеродный элемент, а тем самым уничтожает и фага. В данный момент ведутся активные попытки применения этих новых открытий как для разработки суперсовременных методов вирусной диагностики, так и для лечения различных генетических заболеваний. Открытие CRISPR-Cas, несомненно, является большим прорывом в области генной терапии, но в то же время может нанести серьезный удар по фаготерапии.

* * *

Итак, вирусы присутствуют во всех живых организмах и, судя по всему, способны контролировать их. Но это еще не все. В 2017 году был обнаружен клоснойвирус, и эта находка, возможно, приблизит нас к пониманию того, каким образом возникла жизнь. Это гигантский вирус, по форме похожий на краба, он гораздо больше пандоравируса и является на сегодняшний момент самым большим из известных нам. Команде микробиологов пришлось исследовать зловонные сточные воды зеленого цвета в бассейне очистных сооружений австрийского города Клостернойбурга. Именно там при помощи современных генетических методов и обнаружили эти новые исполинские возбудители, а точнее, их генный материал. Однако и этим великанам, существенно превышающим размеры человеческих клеток, не хватает механизма деления, так что их по-прежнему невозможно признать самостоятельной формой жизни, неизвестным доселе клеточным организмом. Это старый добрый вирус – неживой, хоть и очень большой. Клоснойвирус содержит еще больше генов, чем следующий за ним по величине мегавирус. А также, как осмелились предположить исследователи, у него есть дополнительный генный материал, отвечающий за кодировку аппарата репликации, необходимый для самостоятельного размножения клеток и признания его живой сущностью. Его наличие означало бы, что эти клетки-гиганты нужно считать уже не вирусом, а самостоятельным живым организмом. Увы – этот генный материал оказался неполным, в нем отсутствовало несколько существенных компонентов. А значит, несмотря на то что этот передовой гигантский организм вплотную приблизился к возможности самостоятельного функционирования, он все-таки так и не научился размножаться и так и остался вирусом. И все же он по крайней мере попытался, и ему не хватило всего-то чуть-чуть. Судя по всему, когда-то в незапамятные времена клоснойвирус позаимствовал этот генетический материал у амебы, которую инфицировал. Быть может, гигантские вирусы – это самые обычные агенты, добывшие и присвоившие огромное количество генов из амебных клеток, которые они поражали на протяжении долгих лет. То есть это просто «переевшие», толстые вирусы. У них имелись веские причины украсть у амеб важные для них гены, так как некоторые одноклеточные защищаются от атакующих их гигантских клеток тем, что попросту блокируют собственный аппарат репликации. И все же они заражаются и обречены на гибель, но прежде «отключают» систему размножения – выдергивают вилку из розетки, вырубают главный выключатель, и выходит – вирус трудился напрасно. Его реакция выражается в том, что он пожирает, ворует и присваивает этот функциональный главный выключатель-репликатор в виде скопления дополнительных генов, которые вынужден отныне повсюду таскать за собой. Это пример действия и противодействия в эволюционном поединке, завершающемся адаптацией друг к другу. Вообще-то вирус не желает убивать своего хозяина, ведь в таком случае и сам погибнет. И если так происходит, это говорит о допущенной ошибке. Быть может, эта клетка-гигант изо всех сил пытается «ожить»? Возможно, именно так зарождается новая форма жизни? А вдруг вирусу все-таки удастся выдернуть из простейшего небольшую недостающую часть для формирования собственного репликатора и он сумеет создать новую жизнь самостоятельно? Обладая кое-какими знаниями в этой сфере, я считаю, что эти агенты и новая форма жизни, которая может из них возникнуть, для чего-то нужны. Вовсе не обязательно вирусы пытаются уничтожать или захватывать мир. Они способны на нечто противоположное: создавать и защищать жизнь, помогать планете. Мы обязаны попытаться понять их и заложенные в них возможности.