Относятся ли вирусы к живой природе? Вирус - это живое или неживое существо? Почему вирусы называют живыми организмами

На вопрос, какие явления характеризуют жизнь, биологи отвечают, что каждый живой организм имеет специфические форму и величину, внешнюю и внутреннюю организации, с которыми связана и специализация отдельных органов; живому организму свойственны движение, реакция на внешние раздражения, рост, процесс обмена веществ и, наконец, такая важная особенность живых организмов, как способность размножаться. С размножением связана и возможность наследственных изменений.

Впрочем, некоторые из перечисленных критериев жизни можно обнаружить и в неживой природе. Мы найдем в ней и известную степень организации, и движение, и реакцию на раздражение, и рост. У кристаллов поваренной соли есть внешняя и внутренняя организации; протекающие в них химические реакции — своего рода проявление реакции на раздражение, то есть чувствительности; кристаллы и ледники растут; все тела фактически находятся в движении. Если такое движение и не проявляется наглядно, то постоянно движутся молекулы и атомы.

Однако неживые предметы не могут размножаться, следовательно, у них нет наследственных изменений. Таким образом, живое от неживого отличается прежде всего тем, что может размножаться и изменяться от поколения к поколению.

Посмотрим с этой точки зрения на вирусы и попытаемся разобраться, живые это существа или неживые. Химику они напоминают крупные молекулы, способные к кристаллизации. Есть у них и черты, общие с живыми организмами, — они могут размножаться (но только внутри живых клеток) и, как доказано в последнее время, подвергаться наследственным изменениям. Эту двойственность, это сочетание свойств как существа, так и вещества, подчеркнул Т. Риверс, когда называл их «органулами» или «молекизмами» (комбинация слов: организм и молекула).

Так куда же следует относить вирусы — к живым или неживым образованиям? Стэнли так ответил на этот вопрос:

«Живые ли они или неживые — об этом можно спорить до бесконечности, не получая, по существу, удовлетворительного ответа на поставленный вопрос. В одном отношении вирусы схожи с живыми организмами, в другом — с обычными химическими молекулами, но отличаются как от первых, так и от вторых. Их двойственный характер и сравнительно примитивная структура, которую мы в состоянии уже довольно подробно изучать, дают нам возможность видеть в них, с одной стороны, живые существа, а с другой — химические молекулы, способные к размножению. Тем самым мы приближаемся к пониманию химической сущности процесса размножения, протекающего во всех других живых организмах. Кроме того, изучение вирусов открывает перед нами новую перспективу, поскольку мы видим не две якобы резко отделенные друг от друга группы, а лишь их все более возрастающую сложность. С точки зрения структуры — имеем возможность проследить весь ряд тесно связанных между собой объектов: от атома через простую молекулу, макромолекулу, вирус, бактерию и далее через рыб и млекопитающих вплоть до человека. С функциональной точки зрения — можем наблюдать процесс использования энергии от случайного движения различных молекул до идеальной гармонии тончайших биологических ритмов».

Иногда на помощь человеку приходят вирусы, поражающие животных и насекомых. Двадцать с лишним лет назад в Австралии остро встала проблема борьбы с дикими кроликами. Количество этих грызунов достигло угрожающих размеров. Они быстрее саранчи уничтожали посевы сельскохозяйственных культур и стали настоящим национальным бедствием. Обычные методы борьбы с ними оказались малоэффективными. И тогда ученые выпустили на борьбу с кроликами специальный вирус, способный уничтожить практически всех зараженных животных. Но как распространить это заболевание среди пугливых и осторожных кроликов? Помогли комары. Они сыграли роль "летающих игл", разнося вирус от кролика к кролику. При этом комары оставались совершенно здоровыми.

Можно привести и другие примеры успешного использования вирусов для уничтожения вредителей. Все знают, какой ущерб наносят гусеницы и жуки-пилильщики. Первые поедают листья полезных растений, вторые поражают деревья в садах и лесах. С ними сражаются так называемые вирусы полиэдроза и гранулоза, которые на небольших участках распыляют пульверизаторами, а для обработки больших площадей используют самолеты. Так поступали в США при борьбе с гусеницами, которые поражают поля люцерны, и в Канаде при уничтожении соснового пилильщика.

Что произойдет с клеткой, если ее заразить не одним, а двумя вирусами? Если вы решили, что в этом случае болезнь клетки обострится, и гибель ее ускорится, то ошиблись. Оказывается, присутствие в клетке одного вируса часто надежно защищает ее от губительного действия другого. Это явление было названо учеными интерференцией вирусов. Связано оно с выработкой особого белка - интерферона, который в клетках приводит в действие защитный механизм, способный отличать вирусное от невирусного и вирусное избирательно подавлять. Интерферон подавляет размножение в клетках большинства вирусов. Вырабатываемый в качестве лечебного препарата интерферон применяется сейчас для лечения и профилактики уже многих вирусных заболеваний.

V НЕКОТОРЫЕ НАИБОЛЕЕ ИЗВЕСТНЫЕ ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Грипп остаётся «королём» эпидемий. Ни одна болезнь не может за короткое время охватить сотни миллионов людей, а гриппом во время пандемии заболевает более миллиарда людей! Так было не только в памятную пандемию 1918 года, но сравнительно недавно – в 1957 году, когда разразилась пандемия «азиатского» гриппа, и в 1968 году, когда появился «гонконгский» грипп. Известно несколько разновидностей вируса гриппа – А, В, С, и др. Под воздействием факторов внешней среды их число может увеличиться. В связи с тем, что иммунитет при гриппе кратковременный и специфичный, возможно неоднократное заболевание в один сезон. По статистическим данным, ежегодно болеют гриппом в среднем 20-35% населения.

Оспа - одно из древнейших заболеваний. Описание оспы нашли в египетском папирусе Аменофиса Ι, составленном за 4000 лет до нашей эры. Оспенные поражения сохранились на коже мумии, захороненной в Египте за 3000 лет до нашей эры. Упоминание оспы, которую китайцы назвали «ядом из материнской груди», содержится в древнейшем китайском источнике – трактате «Чеу-Чеуфа» (1120 год до нашей эры). Первое классическое описание оспы дал арабский врач Разес.

СПИД - это новое инфекционное заболевание, которое специалисты признают как первую в известной истории человечества действительно глобальную эпидемию. Ни чума, ни черная оспа, ни холера не являются прецедентами, так как СПИД решительно не похож ни на одну из этих и других известных болезней человека.

VI ЯВЛЯЮТСЯ ЛИ ВИРУСЫ ЖИВЫМИ?

Рассматривают две точки зрения:

• если считать живой структуру, содержащую нуклеиновые кислоты и способную воспроизводить себя, то можно принять точку зрения, что вирусы живые;
• если считать, что живой является только структура, имеющая клеточное строение, то тогда вирусы – неживая форма материи (полимеры).

А. Ленинджер в «Биохимии» рассматривает вирусы как структуры, стоящие на пороге жизни и представляющие собой устойчивые надмолекулярные комплексы, содержащие молекулу нуклеиновой кислоты и большое число белковых субъединиц, уложенных в определенном порядке и образующих специфическую трехмерную структуру. Среди важнейших свойств вирусов он отмечает:

• неспособность к самовоспроизведению в виде чистых препаратов;
• способность управления своей репликацией (зараженной клеткой);
• широкие вариации вирусов по размерам, по форме и по химическому составу.

Вирусы находятся на самой границе между живым и неживым. Это свидетельствует о существовании непрерывного спектра усложняющегося органического мира, который начинается с простых молекул и заканчивается сложнейшими системами клеток.

Камень, равно как и капелька жидкости, в которой протекают метаболические процессы, но которая не содержит генетического материала и не способна к самовоспроизведению, несомненно, неживой объект. Бактерия же - живой организм, и хотя она состоит всего из одной клетки, она может вырабатывать энергию и синтезировать вещества, обеспечивающие ее существование и воспроизведение. Что в этом контексте можно сказать о семени? Не всякое семя проявляет признаки жизни. Однако, находясь в покое, оно содержит тот потенциал, который получило от несомненно живой субстанции и который при определенных условиях может реализоваться. В то же время семя можно необратимо разрушить, и тогда потенциал останется нереализованным. В этом плане вирус больше напоминает семя, чем живую клетку: у него есть некие возможности, которые могут и не осуществиться, однако нет способности к автономному существованию.

Ни клеточные, ни вирусные гены или белки сами по себе не служат живой субстанцией, а клетка, лишенная ядра, сходна с обезглавленным человеком, поскольку не имеет критического уровня сложности. Вирус тоже не способен достичь подобного уровня. Так что жизнь можно определить как некое сложное эмерджентное состояние, включающее такие же основополагающие "строительные блоки", которыми обладает и вирус. Если следовать такой логике, то вирусы, не являясь живыми объектами в строгом смысле этого слова, все же не могут быть отнесены к инертным системам: они находятся на границе между живым и неживым.

VII ВЕЧНО ЖИВЫЕ

Вирусы, занимающие промежуточное положение между живым и неживым, проявляют неожиданные свойства. Вот одно из них. Обычно вирусы реплицируются только в живых клетках, но способны расти и в погибших клетках, а иногда даже возвращают последних к жизни. Как ни удивительно, но некоторые вирусы, будучи разрушенными, могут возродиться к "жизни взаймы".

Клетка, у которой уничтожена ядерная ДНК, - настоящий "покойник": она лишена генетического материала с инструкциями о деятельности. Но вирус может использовать для своей репликации оставшиеся целыми компоненты клетки и цитоплазму. Он подчиняет себе клеточный аппарат и заставляет его использовать вирусные гены как источник инструкций для синтеза вирусных белков и репликации вирусного генома. Уникальная способность вирусов развиваться в погибших клетках наиболее ярко проявляется, когда хозяевами служат одноклеточные организмы, прежде всего населяющие океаны.

Бактерии, фотосинтезирующие цианобактерии и водоросли, потенциальные хозяева морских вирусов, нередко погибают под действием ультрафиолетового излучения, которое разрушает их ДНК. При этом некоторые вирусы ("постояльцы" организмов) включают механизм синтеза ферментов, которые восстанавливают поврежденные молекулы хозяйской клетки и возвращают ее к жизни. Например, цианобактерии содержат фермент, который участвует в фотосинтезе, и под действием избыточного количества света иногда разрушается, что приводит к гибели клетки. И тогда вирусы под названием цианофаги "включают" синтез аналога бактериального фотосинтезирующего фермента, более устойчивого к УФ-излучению. Если такой вирус инфицирует только что погибшую клетку, фотосинтезирующий фермент может вернуть последнюю к жизни. Таким образом, вирус играет роль "генного реаниматора".

Избыточные дозы УФ-излучения могут привести к гибели и цианофагов, однако иногда им удается вернуться к жизни при помощи множественной репарации. Обычно в каждой хозяйской клетке присутствует несколько вирусов, и в случае их повреждения они могут собрать вирусный геном по частям. Различные части генома способны служить поставщиками отдельных генов, которые совместно с другими генами восстановят функции генома в полном объеме без создания целого вируса. Вирусы - единственные из всех живых организмов, способные, как птица Феникс, возрождаться из пепла.

Вместе с коллегами из института вакцин и генной терапии при Орегонском университете здравоохранения мы предполагаем, что существовал третий путь: исходно гены имели вирусное происхождение, но затем колонизировали представителей двух разных линий организмов, например бактерий и позвоночных. Ген, которым одарила человечество бактерия, мог быть передан двум упомянутым линиям вирусом.

Более того, мы уверены, что само клеточное ядро имеет вирусное происхождение. Появление ядра нельзя объяснить постепенной адаптацией прокариотических организмов к изменяющимся условиям. Оно могло сформироваться на основе предсуществующей высокомолекулярной вирусной ДНК, построившей себе постоянное "жилище" внутри прокариотической клетки. Подтверждением этому служит факт, что ген ДНК-полимеразы фага Т4 (фагами называют вирусы, которые инфицируют бактерии) по своей нуклеотидной последовательности близок к генам ДНК-полимераз как эукариот, так и инфицирующих их вирусов. Кроме того, Патрик Фортере из Южного парижского университета, который исследовал ферменты, участвующие в репликации ДНК, пришел к выводу, что гены, детерминирующие их синтез у эукариот, имеют вирусное происхождение.

Вирусы влияют абсолютно на все формы жизни на Земле, а часто и определяют их судьбу. При этом они тоже эволюционируют. Прямым доказательством служит появление новых вирусов, таких как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД.

Вирусы постоянно видоизменяют границу между биологическим и биохимическим мирами. Чем дальше мы будем продвигаться в исследовании геномов различных организмов, тем больше будем обнаруживать свидетельств присутствия в них генов из динамичного, очень древнего пула. Лауреат Нобелевской премии Сальвадор Лурия (Salvador Luria) в 1969 г. так говорил о влиянии вирусов на эволюцию: "Возможно, вирусы с их способностью включаться в клеточный геном и покидать его были активными участниками процесса оптимизации генетического материала всех живых существ в ходе эволюции. Просто мы этого не заметили". Независимо от того, к какому миру - живому или неживому - мы будем относить вирусы, пришло время рассматривать их не изолированно, а с учетом постоянной связи с живыми организмами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Борьба с вирусными инфекциями сопряжена с многочисленными трудностями, среди которых особо следует отметить невосприимчивость вирусов к антибиотикам. Вирусы активно мутируют, и регулярно появляются все новые штаммы, против которых еще не найдено «оружие». Прежде всего, это относится к РНК-содержащим вирусам, геном которых обычно крупнее и, следовательно, менее стабилен. К настоящему времени борьба со многими вирусными инфекциями складывается в пользу человека, в основном благодаря всеобщей вакцинации населения в профилактических целях. Такие мероприятия в итоге привели к тому, что к настоящему времени, по мнению специалистов, в природе исчез вирус натуральной оспы. В результате поголовной вакцинации в нашей стране, в 1961г. эпидемический полиомиелит был ликвидирован. Однако природа и сейчас испытывает человека, время от времени, преподнося сюрпризы в виде новых вирусов, вызывающих страшные заболевания. Самым ярким примером является вирус иммунодефицита человека, борьбу с которым человек пока проигрывает. Его распространение уже соответствует пандемии.

Вирусы - существо или вещество?

В течение последних 100 лет ученые не раз меняли свое представление о природе вирусов, микроскопических переносчиков болезней.

Вначале вирусы считали ядовитыми веществами, затем - одной из форм жизни, потом - биохимическими соединениями. Сегодня предполагают, что они существуют между живым и неживым мирами и являются основными участниками эволюции.

В конце XIX века было установлено, что некоторые болезни, в том числе бешенство и ящур, вызывают частицы, похожие на бактерии, но гораздо более мелкие. Поскольку они имели биологическую природу и передавались от одной жертвы к другой, вызывая одинаковые симптомы, вирусы стали рассматривать как мельчайшие живые организмы, несущие генетическую информацию.

Низведение вирусов до уровня безжизненных химических объектов произошло после 1935 г., когда Уэнделл Стэнли (Wendell Stanley) впервые закристаллизовал вирус табачной мозаики. Обнаружилось, что кристаллы состоят из сложных биохимических компонентов и не обладают необходимым для биологических систем свойством - метаболической активностью. В 1946 г. ученый получил за эту работу Нобелевскую премию по химии, а не по физиологии или медицине.

Дальнейшие исследования Стэнли четко показали, что любой вирус состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), упакованной в белковую оболочку. Помимо защитных белков у некоторых из них есть специфические вирусные белки, участвующие в инфицировании клетки. Если судить о вирусах только по этому описанию, то они действительно больше похожи на химические субстанции, чем на живой организм. Но когда вирус проникает в клетку (после чего ее называют клеткой-хозяином), картина меняется. Он сбрасывает белковую оболочку и подчиняет себе весь клеточный аппарат, заставляя его синтезировать вирусные ДНК или РНК и вирусные белки в соответствии с инструкциями, записанными в его геном е. Далее происходит самосборка вируса из этих компонентов и появляется новая вирусная частица, готовая инфицировать другие клетки.

Такая схема заставила многих ученых по-новому взглянуть на вирусы. Их стали рассматривать как объекты, находящиеся на границе между живым и неживым мирами. По словам вирусологов Марка ван Регенмортеля (M.H.V. van Regenmortel) из Страсбургского университета во Франции и Брайана Махи (B.W. Mahy) из центров по профилактике заболеваний и контролю за их распространением, такой способ существования можно назвать "жизнью взаймы". Интересен следующий факт: при том, что долгое время биологи рассматривали вирус как "белковую коробку", наполненную химическими деталями, они использовали его способность к репликации в хозяйской клетке для изучения механизма кодирования белков. Современная молекулярная биология во многом обязана своими успехами информации, полученной при изучении вирусов.

Ученые кристаллизовали большинство клеточных компонентов (рибосомы, митохондрии, мембранные структуры, ДНК, белки) и сегодня рассматривают их либо как "химические машины", либо как материал, который эти машины используют или производят. Подобный взгляд на сложные химические структуры, обеспечивающие жизнедеятельность клетки, и стал причиной не слишком большой озабоченности молекулярных биологов статусом вирусов. Исследователи интересовались ими только как агентами, способными использовать клетки в своих целях или служить источником инфекции. Более сложная проблема, касающаяся вклада вирусов в эволюцию, остается для большинства ученых несущественной.

Быть или не быть?

Что означает слово "живой"? Большинство ученых сходятся во мнении, что помимо способности к самовоспроизведению живые организмы должны обладать и другими свойствами. Например, жизнь любого существа всегда ограничивается во времени - оно рождается и умирает. Кроме того, живые организмы имеют определенную степень автономии в биохимическом смысл е, т.е. в какой-то мере полагаются на собственные метаболические процессы, обеспечивающие их веществами и энерги ей, которые и поддерживают их существование.

Камень, равно как и капелька жидкости, в которой протекают метаболические процессы, но которая не содержит генетического материала и не способна к самовоспроизведению, несомненно, неживой объект. Бактерия же - живой организм, и хотя она состоит всего из одной клетки, она может вырабатывать энерги ю и синтезировать вещества, обеспечивающие ее существование и воспроизведение. Что в этом контекст е можно сказать о семени? Не всякое семя проявляет признаки жизни. Однако, находясь в покое, оно содержит тот потенциал , который получило от несомненно живой субстанции и который при определенных условиях может реализоваться. В то же время семя можно необратимо разрушить, и тогда потенциал останется нереализованным. В этом плане вирус больше напоминает семя, чем живую клетку: у него есть некие возможности, которые могут и не осуществиться, однако нет способности к автономному существованию.

Можно также рассматривать живое и как состояние, в которое при определенных условиях переходит система, состоящая из неживых компонентов, обладающих определенными свойствами. В качестве примера подобных сложных (эмерджентных) систем можно привести жизнь и сознание. Чтобы достичь соответствующего статуса, у них должен быть определенный уровень сложности. Так, нейрон (сам по себе или даже в составе нейрон ной сети) не обладает сознанием, для этого необходим мозг. Но и интактный мозг может быть живым в биологическом смысл е и в то же время не обеспечивать сознание. Точно так же ни клеточные, ни вирусные гены или белки сами по себе не служат живой субстанцией, а клетка, лишенная ядра, сходна с обезглавленным человеком, поскольку не имеет критического уровня сложности. Вирус тоже не способен достичь подобного уровня. Так что жизнь можно определить как некое сложное эмерджентное состояние, включающее такие же основополагающие "строительные блоки", которыми обладает и вирус. Если следовать такой логике, то вирусы, не являясь живыми объектами в строгом смысл е этого слова, все же не могут быть отнесены к инертным системам: они находятся на границе между живым и неживым.

Вирусы и эволюция

У вирусов есть своя, очень длинная эволюционная история, восходящая к истокам возникновения одноклеточных организмов. Так, некоторые вирусные системы репарации, которые обеспечивают вырезание неправильных оснований из ДНК и ликвидацию повреждений, возникших под действием радикалов кислорода, и т.д., есть только у отдельных вирусов и существуют в неизменном виде миллиарды лет.

Исследователи не отрицают, что вирусы играли какую-то роль в эволюции. Но, считая их неживой материей, они ставят их в один ряд с такими факторами, как климатические условия. Такой фактор воздействовал на организмы, которые обладали изменяющимися, генетически детерминируемыми признаками, извне. Организмы, более стойкие к этому влиянию, успешно выживали, размножались и передавали свои гены следующим поколениям.

Однако в действительности вирусы воздействовали на генетический материал живых организмов не опосредованно, а самым что ни на есть прямым образом - они обменивались с ним своими ДНК и РНК, т.е. были игроками на биологическом поле. Большим сюрпризом для врачей и биологов-эволюционистов стало то, что большая часть вирусов оказалась вполне безобидными созданиями, не связанными ни с какими болезнями. Они спокойно дремлют внутри клеток-хозяев или используют их аппарат для своего неспешного воспроизведения без всякого ущерба для клетки. У таких вирусов есть масса ухищрений, позволяющих им избежать недремлющего ока иммунной системы клетки - для каждого этапа иммунного ответа у них заготовлен ген, который этот этап контролирует или видоизменяет в свою пользу.

Более того, в процессе совместного проживания клетки и вируса вирусный геном (ДНК или РНК) "колонизирует" геном хозяйской клетки, снабжая его все новыми и новыми генами, которые в итоге становятся неотъемлемой частью геном а данного вида организмов. Вирусы оказывают более быстрое и прямое действие на живые организмы, чем внешние факторы, которые осуществляют отбор генетических вариантов. Многочисленность популяций вирусов вкупе с их высокой скоростью репликации и высокой частотой мутаций превращает их в основной источник генетических инноваций, постоянно создающий новые гены. Какой-нибудь уникальный ген вирусного происхождения, путешествуя, переходит от одного организма к другому и вносит вклад в эволюционный процесс.

Клетка, у которой уничтожена ядерная ДНК, - настоящий "покойник": она лишена генетического материала с инструкциями о деятельности. Но вирус может использовать для своей репликации оставшиеся целыми компоненты клетки и цитоплазму. Он подчиняет себе клеточный аппарат и заставляет его использовать вирусные гены как источник инструкций для синтеза вирусных белков и репликации вирусного геном а. Уникальная способность вирусов развиваться в погибших клетках наиболее ярко проявляется, когда хозяевами служат одноклеточные организмы, прежде всего населяющие океаны. (Подавляющее число вирусов обитает на суше. По оценкам специалистов, в Мировом океане насчитывается не более 1030 вирусных частиц.)

Бактерии, фотосинтезирующие цианобактерии и водоросли, потенциал ьные хозяева морских вирусов, нередко погибают под действием ультрафиолетового излучения, которое разрушает их ДНК. При этом некоторые вирусы ("постояльцы" организмов) включают механизм синтеза ферментов, которые восстанавливают поврежденные молекулы хозяйской клетки и возвращают ее к жизни. Например, цианобактерии содержат фермент, который участвует в фотосинтезе, и под действием избыточного количества света иногда разрушается, что приводит к гибели клетки. И тогда вирусы под названием цианофаги "включают" синтез аналога бактериального фотосинтезирующего фермента, более устойчивого к УФ-излучению. Если такой вирус инфицирует только что погибшую клетку, фотосинтезирующий фермент может вернуть последнюю к жизни. Таким образом, вирус играет роль "генного реаниматора".

Избыточные дозы УФ-излучения могут привести к гибели и цианофагов, однако иногда им удается вернуться к жизни при помощи множественной репарации. Обычно в каждой хозяйской клетке присутствует несколько вирусов, и в случае их повреждения они могут собрать вирусный геном по частям. Различные части геном а способны служить поставщиками отдельных генов, которые совместно с другими генами восстановят функции геном а в полном объеме без создания целого вируса. Вирусы - единственные из всех живых организмов, способные, как птица Феникс, возрождаться из пепла.

По данным Международного консорциума по секвенированию геном а человека, от 113 до 223 генов, имеющихся у бактерий и человека, отсутствуют у таких хорошо изученных организмов, как дрожжи Sacharomyces cerevisiae, плодовая мушка Drosophila melanogaster и круглый червь Caenorhabditis elegans, которые находятся между двумя крайними линиями живых организмов. Одни ученые полагают, что дрожжи, плодовая мушка и круглый червь, появившиеся после бактерий, но до позвоночных, просто утратили соответствующие гены в какой-то момент своего эволюционного развития. Другие же считают, что гены были переданы человеку проникшими в его организм бактериями.

Вместе с коллегами из Института вакцин и генной терапии при Орегонском университете здравоохранения мы предполагаем, что существовал третий путь: исходно гены имели вирусное происхождение, но затем колонизировали представителей двух разных линий организмов, например бактерий и позвоночных. Ген, которым одарила человечество бактерия, мог быть передан двум упомянутым линиям вирусом.

Более того, мы уверены, что само клеточное ядро имеет вирусное происхождение. Появление ядра (структуры, имеющейся только у эукариот, в том числе у человека, и отсутствующей у прокариот, например у бактерий) нельзя объяснить постепенной адаптацией прокариотических организмов к изменяющимся условиям. Оно могло сформироваться на основе предсуществующей высокомолекулярной вирусной ДНК, построившей себе постоянное "жилище" внутри прокариотической клетки. Подтверждением этому служит факт, что ген ДНК-полимеразы (фермента, участвующего в репликации ДНК) фага Т4 (фагами называют вирусы, которые инфицируют бактерии) по своей нуклеотидной последовательности близок к генам ДНК-полимераз как эукариот, так и инфицирующих их вирусов. Кроме того, Патрик Фортере (Patrick Forterre) из Южного парижского университета, который исследовал ферменты, участвующие в репликации ДНК, пришел к выводу, что гены, детерминирующие их синтез у эукариот, имеют вирусное происхождение.

Вирус синего языка

Вирусы влияют абсолютно на все формы жизни на Земле, а часто и определяют их судьбу. При этом они тоже эволюционируют. Прямым доказательством служит появление новых вирусов, таких как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД.

Вирусы постоянно видоизменяют границу между биологическим и биохимическим мирами. Чем дальше мы будем продвигаться в исследовании геном ов различных организмов, тем больше будем обнаруживать свидетельств присутствия в них генов из динамичного, очень древнего пула. Лауреат Нобелевской премии Сальвадор Лурия (Salvador Luria) в 1969 г. так говорил о влиянии вирусов на эволюцию: "Возможно, вирусы с их способностью включаться в клеточный геном и покидать его были активными участниками процесса оптимизации генетического материала всех живых существ в ходе эволюции. Просто мы этого не заметили". Независимо от того, к какому миру - живому или неживому - мы будем относить вирусы, пришло время рассматривать их не изолированно, а с учетом постоянной связи с живыми организмами.

ОБ АВТОРЕ:
Луис Вилляреал (Luis P. Villarreal) - директор Центра по изучению вирусов при Калифорнийском университете в г. Ирвайн. Получил степень кандидата биологических наук в Калифорнийском университете в Сан-Диего, затем работал в Стэнфордском университете в лаборатории лауреата Нобелевской премии Пола Берга. Активно занимается педагогической деятельностью, в настоящее время участвует в разработке программ по борьбе с угрозой биотерроризма.

Первый шаг в ответ на вопрос являются ли вирусы живыми или мертвыми, водится к определению критериев живого и неживого. Давайте сравним вирусы с 7 критериями, которые исследователи установили, чтобы определить, жив или нет.

1. Живые существа должны поддерживать гомеостаз.
Гомеостаз — саморегуляция, способность системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния. Может ли вирус контролировать свою внутреннюю температуру или ее внутреннее содержимое?
Ранее среди критериев жизни было — живые существа должны быть сделаны из клеток. Вирусы не состоят из клеток. Одна вирусная частица известна как вирион и состоит из набора генов, заключенных в защитную белковую оболочку, называемую капсидом. Некоторые вирусы имеют дополнительную мембрану (липидный биослой), окружающую ее, называемую оболочкой. У вирусов нет ядер, органелл или цитоплазмы, подобных клеткам, и поэтому у них нет способа контролировать или создавать изменения в их внутренней среде.
Возникает вопрос — может ли индивидуальный вирион самостоятельно поддерживать устойчивую внутреннюю среду. Хотя некоторые утверждают, что капсид и оболочка помогают вирионам противостоять изменениям в их состоянии. Существует общее соглашение, что вирусы не выдерживают это первое требование.
Тем не менее, очень немногие вещи в биологии не черно-белые, поэтому давайте посмотрим, как вирусы справляются с остальной частью списка, прежде чем принимать окончательное решение.
Вердикт: не соответствует условию

2. Живые существа имеют разные уровни организации.
Жизнь сложна, и живые организмы отражают эту сложность в своей структуре. Маленькие строительные блоки объединяются, чтобы сделать более крупный объект. Вирусы, безусловно, это делают. Они имеют гены, полученные из нуклеиновых кислот, и капсид, изготовленный из небольших субъединиц, называемых капсомерами.
Вердикт: Соответствует

3. Живые организмы воспроизводятся.
Один из основных законов в природе заключается в том, что вид передает свою генетическую информацию. Вирусы определенно размножаются. Хотя наша иммунная система, безусловно, может справиться с одним вирионом, но сотни тысяч вирионов, созданных за короткий промежуток времени, наверняка навредят нашим клеткам. Вирусы должны использовать клетки хозяина для производства большего количества вирионов. Поскольку у вирусов нет органелл, ядер или даже рибосом, у них нет инструментов, необходимых для копирования их генов, а тем более для создания новых вирионов. Вирусы попадают в живые клетки, захватывают контроль в клетке, чтобы начать производить новые вирусные частицы, построить новые капсиды и собрать все вместе. Обычно мы используем термин «репликация», а не размножение, чтобы указать, что вирусам нужна клетка-хозяин для умножения своего числа.
Вердикт: Может быть

4. Живые существа растут.
Живые существа растут. Они используют энергию и питательные вещества, чтобы стать крупнее и сложнее. Вирусы манипулируют клетками-хозяевами для создания новых вирусов, что означает, что каждый вирион создается в полностью сформированном состоянии и не будет увеличиваться по размеру и по сложности на протяжении всего существования. Вирусы не растут.
Вердикт: не соответствует

5. Живые существа используют энергию.
Этот критерий несколько сложный. Создание новых единиц вириона является одним из основных задач — от создания нуклеиновых кислот до производства капсидов — все это требует больших затрат энергии. Однако вся энергия, которая входит в эту конструкцию, исходит, как вы догадались, от хозяина. Вирусы определенно рассчитывают на метаболизм хозяина, стремяться добраться до него (возможно, это вампиры?).
Вердикт: Может быть

6. Живые существа реагируют на раздражители.
Независимо от того, реагируют ли вирусы на окружающую среду, это один из самых сложных вопросов. Ответ на стимул определяется почти немедленной реакцией на некоторое изменение окружающей среды. Хотя они не изменяют поведение в ответ на прикосновение или звук или свет, как это делают люди, бактерии или морские губки, не было проведено достаточно исследований, чтобы окончательно сказать, что вирусы ни на что не реагируют.
Вердикт: Неизвестно

7. Живые существа адаптируются к окружающей их среде.
Адаптация и эволюция происходят за счет непреднамеренных изменений (мутаций), которые выгодны для всего вида. Вирусы определенно приспосабливаются к их окружению. В отличие от предыдущего требования, требующего немедленного ответа, адаптация — это процесс, который происходит со временем. Вирус может жить в двух разных фазах — литической фазе (где вирус активно реплицируется в клетке-хозяине) и лизогенной фазе (где вирусная ДНК входит в ДНК клетки кратно всякий раз, когда клетка размножается). Иногда у хозяина не хватает энергии или расходных материалов, чтобы поддерживать вирус для активной репликации, поэтому он переключится на лизогенную фазу. Вирус может в конечном итоге вернуться в литическую фазу, когда будут подходящие условия.
Вердикт: Подходит

Статью перевела докт.вет-х наук Эйнгор М.А.

Вирусы являются заразными, крошечными и довольно противными. Но живы ли они?

Не совсем, хотя это зависит от того, что вы имеете в виду под определением «живой». Живые существа, такие как растения и животные, содержат клеточный механизм, который позволяет им самовоспроизводиться. Вирусы же являются свободными формами ДНК или РНК, которые не могут воспроизводиться самостоятельно.

"Скорее всего, вирусы должны вторгаться в живой организм, чтобы иметь способность к размножению", — сказал доктор Отто Янг, профессор медицины и микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики в школе медицины Университета Калифорнии, Лос-Анджелес.

Вирусы состоят из РНК или ДНК. Они просто копируют самих себя, захватывая механизм клеток для собственной репликации.

Характеристики жизни

Бесчисленные философы и ученые обсуждали, как определить, является ли какой-то объект живым. Согласно принятой характеристике жизни, все живые существа должны иметь возможность реагировать на раздражители, расти с течением времени, производить потомство, поддерживать стабильную температуру тела, усваивать энергию, состоять из одной или нескольких элементарных ячеек и адаптироваться к окружающей среде.

Тем не менее существует форма жизни, которая не подходит под каждую из этих характеристик. Большинство гибридных животных, таких как мулы (гибриды ослов и лошадей), не могут размножаться, потому что являются стерильными. Кроме того, камни могут расти, хотя и пассивным способом, с помощью нового материала, протекающего через них. Но эта проблема классификации уходит, когда используется более простое определение жизни.

Простые определения жизни

"Возьмите кошку, растение и камень и оставьте их в комнате на нескольких дней, — сказал Амеш Адалджа — врач и научный сотрудник Центра Джона Хопкинса по безопасности в области здравоохранения в Балтиморе. — Когда вы вернетесь, кошка и растение поменяются, но камень, по сути, останется тем же самым".

Как и камень, большинство вирусов останутся неизменными, если их оставить на неопределенное время в комнате. Кроме того, ученый отметил, что живые существа отличаются самогенерируемыми и самодостаточными действиями. Это означает, что они могут искать средства к существованию и вести себя так, чтобы быть в безопасности. Другими словами, они принимают меры, необходимые для поддержания дальнейшей жизни. К примеру, растение использует корни, чтобы найти воду, а животное способно отправиться на поиски пищи.

В отличие от растений или животных, вирусы не способны на самогенерируемые или самодостаточные действия.

Инертные объекты

Доктор Адалжа считает, что вирусы нельзя классифицировать как живые организмы. Они, по существу, инертны, если не вступают в контакт с живой клеткой. Существуют некоторые характеристики вирусов, которые определяют их место на границе с живыми существами: у них есть генетический материал — ДНК или РНК. Таким образом, вирусы нельзя назвать неживыми, как, к примеру, камень, но в то же время ученые не могут отнести их к категории живых существ. По сути, они даже не могут достичь уровня бактерий.

Все зависит от вашей точки зрения

Доктор Ян согласен с этими выводами. Он говорит, что без клетки вирус не может размножаться. С этой точки зрения, вирусы действительно неживые, если вы считаете, что главным признаком жизни является ее способность воспроизвести себя независимо от других условий.

Тем не менее, если ваше определение жизни зависит от того, может ли объект делать собственные копии с помощью других, то вирусы определенно можно назвать живыми.

Считается, что самыми первыми формами жизни на Земле были похожие на РНК молекулы. При правильных условиях они могли делать копии себя. Вирусы, возможно, произошли от этого предка, но утратили способность к самовоспроизведению.