Эпидемия коронавируса, прокатившаяся по нашей планете, всколыхнула весь мир – давно такого не было! Раньше от распространения опасных болезней вымирали деревни, гораздо реже – города, и всего несколько раз пандемия охватывала Европу. Сегодня человек мобилен настолько, что какой-нибудь новый вирус мгновенно разносится по всему миру, создавая угрозу абсолютно всему 8-миллиардному населению.

«Вирус» по-латыни – это яд. Вирусы были открыты более века назад, и с тех пор выявлено несколько тысяч их видов, хотя по некоторым предположениям их число может насчитывать десятки миллионов. Это простейшая органическая форма, содержащая в белковой оболочке молекулы ДНК или РНК. Являются своего рода паразитами, так как вне клетки не могут воспроизводиться. Поражают все виды живых организмов, включая растения.

Обычно при попадании в живой организм вирусы вызывают реакцию иммунной системы, индуцированную антигеном, и организм начинает бороться с чужаком – чаще всего успешно. Но некоторые вирусы могут избегать иммунного ответа организма (ВИЧ, гепатиты).

Большинство внедрившихся в клетку вирусов приводит к ее гибели. Иногда внедрившийся вирус ничем себя не проявляет, и тогда болезнь переходит в хроническую форму. 

Откуда же все время появляются новые виды вирусов?

Не стоит рассматривать серьезно конспирологические теории о том, что все современные вирусы создаются в сверхсекретных военных лабораториях. Вирус прекрасно справляется и без них. Прекрасный пример – ВИЧ, имеющих огромную скорость размножения и мутации, в десятки тысяч раз большую, чем у бактерий. Поэтому создание соответствующих препаратов сильно затруднено – вирусы могут мутировать буквально за недели, вырабатывая устойчивость к лекарственным средствам. 

Именно огромная скорость размножения и мутации лежит в основе постоянного появления новых вирусов. Среди множества вирусов-потомков наблюдается большое разнообразие в последовательностях РНК или ДНК, и самые приспособленные из них к маскировке от иммунной системы организма в течение очень короткого времени практически полностью замещают своих родителей (в этом плане вирусы ведут себя в полном соответствии с теорией эволюции). 

Что касается регионов распространения новых вирусов, то это в основном страны Африки и Азии. При этом сами вирусы новых штаммов появляются в мире достаточно равномерно, и даже больше в северных широтах. Но в бедных и экономически неразвитых странах, странах с постоянными конфликтами, странах с огромной плотностью населения (как Китай или Индия) система здравоохранения не может работать столь эффективно, чтобы мгновенно реагировать на появление новых вирусов и предотвратить эпидемии, развивающиеся из локальных вспышек болезней. 

Откуда появился самый первый вирус? Теории от ученых

В последнее время благодаря SARS-CoV-2 слово «вирус» часто мелькает в СМИ. Но откуда появился самый первый вирус? На эту тему есть несколько научных теорий — от того, что они «деградировали» с уровня клеток и до идеи про самоподдерживающиеся механизмы.

Прежде всего, что следует знать о вирусах? Они являются облигатными паразитами, то есть не способны размножаться вне клетки. От живых паразитарных организмов вирусы отличаются отсутствием сложнейшего элемента живых систем — аппарата трансляции (синтеза белка). Вместо этого они захватывают клетки хозяина, чтобы размножаться, распространяться и вызывать болезни.

Один из хороших материалов на эту тему сделал The Conversation, который привлек трех экспертов из Канады. В статье отмечается, что в феврале 2018 года бразильско-французской группой микробиологов был описан род ДНК-содержащих вирусов с грозным названием Tupanvirus (Тупан — это бог грома у группы индейцев из Южной Америки). В отличие от привычных нам вирусов, этот обладает почти полным механизмом, позволяющим позаботиться о себе. Это открытие подстегнуло дебаты о том, всегда ли вирусы были такими «инертными».

Вирусы из океана-прародителя

Один из способов, при помощи которого ученые изучают происхождение вирусов, — это поиск молекул их ДНК или РНК в тканях животных и почве.

К сожалению, в отличие от фильмов, в реальной жизни исследователи никогда не находили вирусы в насекомых, заключенных на миллионы лет в янтаре. Однако некоторые древние вирусы были обнаружены в вечной мерзлоте в Сибири, и сейчас уже можно надеяться на большее, так как из-за глобального изменения климата земля, которая была замерзшей в течение тысячелетий, оттаивает.

Почему важно изучать древние вирусы? Вирусы — это микроскопические организмы, которым для размножения требуется живая клетка-хозяин. Они в основном состоят из генетического материала (ДНК или РНК), как бы завернутого в слой белка.

Эти последовательности ДНК и РНК могут меняться со временем, накапливая модификации генетического кода, что способствует выживанию вируса. Изучая эти генетические последовательности, исследователи могут оценить, как разные вирусы связаны и как они могли эволюционировать.

Эти исследования показали, что вирусы не имеют единого предка. Вероятно, они появились из ряда независимых источников и почти наверняка в разное время.

Предполагается, что каждый из них эволюционировал вместе со своим хозяином. Например, вирус герпеса, развиваясь с течением времени, приспосабливался так, чтобы продолжать заражать клетки человека.

Учитывая, что все формы жизни на Земле зародились в океане, можно полагать, что вирусы тоже развивались вместе со своими хозяевами в воде. А когда живые существа вышли на сушу, то с ними вышли и вирусы, которые научились заражать земные организмы.

В 2018 году ученые обнаружили доказательства того, что некоторым вирусам могут быть миллионы лет и они существуют с момента появления первых позвоночных. Но это не объясняет, как именно появились первые образцы.

Теории о происхождении вирусов

Сейчас существуют три основные гипотезы происхождения вирусов: регрессивная, гипотеза клеточного происхождения и гипотеза коэволюции.

Согласно первой гипотезе, вирусы когда-то были мелкими клетками или же бактериями, паразитирующими в более крупных клетках, но со временем утратили гены, которые были им не нужны при паразитическом образе жизни. Эта теория основана на наблюдении, что некоторые бактерии, такие как риккетсии и хламидии, являются клеточными организмами, но подобно вирусам могут размножаться только внутри другой клетки. А может, они даже были белками, ведь тот же белок под названием Arc, который важен для памяти у людей, может образовывать вирусоподобные частицы и переносить РНК между клетками.

Вторая гипотеза гласит, что вирусы возникли из кольцевой ДНК или плазмиды, которая может реплицироваться независимо и перемещаться между клетками, передавая генетическую информацию от одного организма к другому. Например, некоторые плазмиды несут гены, ответственные за устойчивость к антибиотикам. Сюда же относится идея, что некоторые вирусы могли появиться из фрагментов ДНК или РНК, которые «высвободились» из генома более крупного организма, допустим, транспозонов (молекул ДНК, реплицирующихся и перемещающихся с места на место внутри генома).

А гипотеза коэволюции предполагает, что вирусы возникли из сложных комплексов белков и нуклеиновых кислот в то же время, что и первые живые клетки, и зависят от клеточной жизни вот уже миллиарды лет. К примеру, вирус гепатита D, который схож по своему РНК-геному с геномом вироидов, не может самостоятельно синтезировать белок оболочки — он использует в своих целях белок вируса гепатита B и потому способен размножаться только в клетках, зараженных своим собратом.

Но есть еще одна теория, согласно которой вирусы возникли даже раньше, чем клетки. Подобно Tupanvirus, они могли существовать как самоподдерживающиеся сущности и воспроизводили сами себя. Со временем эти доисторические вирусы могли сформировать сложноорганизованные структуры, которые в конечном итоге и превратились в клеточные объекты.

Конечно, чтобы узнать истину, идеально было бы найти древнейшие вирусы на других планетах, например на Марсе. Но пока ученым приходится работать с земными образцами.

Вирусы – самое совершенное оружие современности?

Биологические средства (БС), вместе со средствами доставки, являются составными элементами биологического (бактериологического) оружия – одного из самых опасных видов оружия массового поражения. Вирусы наряду с патогенными организмами и другими простейшими, являются основными биологическими средствами. БС, предназначенные для поражения людей, могут быть возбудителями таких болезней как чума, холера, туляремия, сибирская язва, оспа и многих других. Заражение животных и растений осуществляется при помощи возбудителей инфекционных заболеваний. Для этого также используются различные вирусы. 

Боевые средства делятся на смертельные и выводящие из строя. Заражение осуществляется как при непосредственном контакте, так и бесконтактным способом. 

Заражение происходит через органы дыхания, слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт, повреждённые и даже неповреждённые участки кожи, а также посредством укусов заражёнными переносчиками. При определённых условиях инфекционные заболевания могут распространиться на большое число людей, вызывая эпидемию. 

В отличие от простейших организмов, вирус представляет собой внеклеточный агент, который может воспроизводиться за счёт клеток, внутри них и не может существовать извне, самостоятельно. Если говорить об этом совсем просто, вирус представляет собой нуклеиновую кислоту, заключённую в белковую оболочку. Вирус не может самостоятельно питаться, размножаться и вообще существовать вне клетки. Для этого нужно, чтобы его нуклеиновая кислота (ДНК) попала внутрь клетки. Вирусы не могут жить отдельно от живого организма и превращаются в инертные кристаллы. Поэтому, учёные до сих пор не определились, стоит ли относить вирусы к живым существам или всё же нет 

Кроме обычных существуют так называемые гипервирусы, которые могут паразитировать на других вирусах и при вторжении в клетку подменять ДНК другого вируса на свою. 

Стелс-вирусы могут в течение длительного времени пребывать в состоянии покоя и активизироваться только при появлении заданных раздражителей. 

Ну и, наконец, существуют вирусы-химеры, которые могут содержать чужие гены, то есть являются таким своеобразным "генномодифицированным" продуктом. Речь идёт о так называемых, супервирусах. То есть, проще говоря, подобные вирусы могут вызывать две болезни сразу. Оспа, геморрагическая лихорадка, испанский грипп – смертельные инфекционные заболевания, которые поодиночке могут и не убить человека. А теперь представьте, как резко может измениться ситуация, когда живой организм (в том числе и человеческий) подвергается атаке вируса способного возбудить два и более инфекционных заболевания одновременно.

В любом случае, делать выводы насколько вирусы являются совершенным оружием на данный момент, представляется несколько преждевременным. Сейчас ясно только одно, вирусы могут представлять смертельную угрозу для существования всего человечества, а легкомысленное отношение к опытам над ними могут привести к глобальной катастрофе.