Посвящается Грейс, моей любимой квартировладелице
Вирусы привносят хаос в человеческую жизнь, влияя на здоровье почти миллиарда человек. Они также сыграли главные роли в значительных открытиях в области биологии за последние 100 лет. Вирус оспы убил самое большое количество людей за всю историю человечества, однако сейчас он практически не встречается на земном шаре. Новые вирусы, такие как ВИЧ, продолжают ставить перед человечеством задачи, которые еще предстоит решить.
Вирусы — невидимые, но очень активные игроки в погоне за главенством на нашей планете. Они переносят генетический материал от одного биологического вида к другому, производят новый генетический материал, двигающий эволюцию, а также регулируют количество особей в больших популяциях живых организмов. Каждый вид, от крошечных микробов до крупных млекопитающих, подвергается воздействию вирусов. Воздействие вирусов распространяется не только на живые организмы, но простирается дальше — они влияют на климат, состав почвы, океаны, моря и пресноводные водоемы. Если задуматься о том, как каждый биологический вид развивался в течение эволюционного процесса, нельзя не принимать во внимание то влияние, которое оказали вирусы, живущие рядом с нами.
Карл Циммер написал содержащиеся в книге эссе для проекта «Мир вирусов» (World of Viruses project), являющегося частью Science Education Partnership Award (SEPA) Национального центра исследовательских ресурсов в Национальном институте здоровья. «Мир вирусов» был создан для того, чтобы люди узнали о вирусах и вирусологии больше через радиоочерки, иллюстрированные рассказы, курсы переподготовки преподавателей, приложения для мобильных телефонов и iPad.
Для дополнительной информации о «Мире вирусов» зайдите на http://www.worldofviruses.unl.edu.
Джуди Даймонд, д. ф. н.., профессор и куратор Государственного музея Университета Небраски, директор проекта «Мир вирусов»
Чарльз Вуд, д. ф. н., профессор биологических наук и биохимии в Университете Льюиса Л. Лера, директор Центра вирусологии Небраски
ВВЕДЕНИЕ
«Живой заразный флюид» Вирус табачной мозаики
В пятидесяти милях к юго-востоку от мексиканского города Чиуауа находятся пустынные горные хребты Сьерра-де-Найка. В 2000 году шахтеры проводили разработки в пещерах под горами. Когда они углубились примерно на 300 метров, им показалось, что они попали в совершенно другой мир. Они очутились в зале десять на шесть метров. Его потолок, пол и стены были покрыты слоем гладких полупрозрачных кристаллов гипса. Кристаллы встречаются во многих пещерах, но кристаллы Сьерра-де-Найка были непохожи на другие. Каждый из них был длиной в двенадцать метров и весил не меньше пятидесяти пяти тонн. Эти кристаллы были малопригодны для изготовления украшений, зато отлично подходили для альпинизма.
Со времени открытия лишь немногим ученым удалось получить доступ к этому удивительному залу, получившему название Пещера Кристаллов. Хуан Мануэль Гарсия-Руис (Juan Manuel Garcia-Ruiz), геолог Университета Гренады, совершив путешествие, чтобы увидеть эту пещеру, установил, что кристаллы образовались около 26 миллионов лет назад, когда вулканическая деятельность сформировала горную цепь. Подземные залы были вымыты в толще скалы горячими потоками воды с минеральными примесями. Жар вулканической магмы поддерживал температуру воды в пещерах на уровне 146 градусов, что создало идеальные условия для того, чтобы из воды кристаллизовались содержавшиеся в ней минералы. Каким-то образом вода оставалась в идеальном состоянии для роста кристаллов на протяжении тысяч лет, что и позволило им вырасти до таких нереальных размеров.
В 2009-м другой ученый, Кертис Саттл (Curtis Suttle), посетил Пещеру Кристаллов. Саттл вместе со своими коллегами взяли пробы воды и привезли их в лабораторию Британской Колумбии для анализа. Если учесть специализацию Саттла, то его затея казалась пустой тратой времени. Саттл не интересовался ни кристаллами, ни минералами, ни геологией вообще. Он изучал вирусы.
В Пещере Кристаллов не было людей, которых вирусы могли бы инфицировать. Там не было даже рыбы. Пещера была отрезана от живого мира на протяжении миллионов лет. Поэтому все приготовления Саттла стоили затраченных усилий. Препарировав образцы кристаллической воды, он поместил их под микроскоп. В каждой капле воды из пещеры содержалось до двухсот миллионов вирусов.
Где бы ученые ни искали: глубоко под землей, в песках пустыни Сахара, под километровыми толщами антарктического льда — они находили вирусы. А в уже знакомых местах обнаруживали новые. В 2009 году Дана Виллнер (Dana Willner), биолог из Городского университета Сан-Диего, решила провести исследование человеческого организма на предмет обнаружения вирусов. Десять человек должны были плюнуть в чашку. Пятеро из них были больны муковисцидозом (фиброзно-кистозной дегенерацией), а пятеро других были здоровы. Из полученной жидкости Виллнер и ее коллеги выделили фрагменты ДНК, которые сравнили с базами данных, содержавшими миллионы генов, известных науке. До исследования, проведенного Виллнер, считалось, что легкие здоровых людей стерильны. Но Виллнер и ее коллегам удалось доказать, что легкие всех исследуемых людей, как здоровых, так и больных, являлись рассадником вирусов. В среднем, у каждого человека в легких обитает 174 вида вирусов, причем лишь 10% из них имели отношение к вирусам, известным науке, остальные же 90% были такими же необычными, как те, что были обнаружены в Пещере Кристаллов.
Наука вирусология еще очень молода. Ученые обнаруживают новые виды вирусов быстрее, чем им удается исследовать их должным образом. Но все-таки этой молодости предшествовало долгое детство, так как мы знали о вирусах на протяжении тысяч лет. А знали о них, так как наблюдали болезни и смерть. Но очень долго мы не знали, как связать причину со следствием. Само слово «вирус» является противоречивым. Оно было заимствовано из латинского языка, с которого его можно перевести как «змеиный яд», или «человеческое семя». Рождение и смерть в одном слове. По прошествии сотен лет слово «вирус» приобрело другое значение: им стали обозначать любую субстанцию, которая могла быть носителем болезни. Им называли жидкость, выделявшуюся из раны, вещество, таинственным образом перемещавшееся в воздухе, и даже листок бумаги, заражающий всякого, кто его коснется. Понятие «вирус» стало приобретать смысл, близкий к современному, лишь с наступлением XIX века благодаря сельскохозяйственной катастрофе. В Голландии табачные фермы были «выкошены» болезнью, поражавшей растения, и превращавшей их в мозаику из живых и мертвых участков ткани. Целые фермы были опустошены.
В 1879 году голландские фермеры обратились к Адольфу Мейеру (Adolph Mayer), молодому агрохимику, умоляя его помочь им. Он тщательно изучил чуму, поразившую растения, назвав ее болезнью табачной мозаики. Он исследовал условия, в которых рос табак: почву, температуру воздуха, количество солнечного света. Однако не мог обнаружить ничего, что бы отличало здоровые растения от больных. Возможно, думал он, растения поразила какая-то неведомая инфекция. Ботаниками к тому времени уже было доказано, что плесень может поражать картофель и другие растения. Но он ее не нашел. Он искал червей-паразитов, атаковавших листья. И опять ничего.
В конце концов, Мейер взял сок из больного растения и впрыснул его в здоровый табак. Здоровое растение, как и предполагал Мейер, также заболело. Должно быть, внутри больных растений живет какой-то болезнетворный микроорганизм. Сок, взятый из больного растения, Мейер поместил в инкубатор. Колонии бактерий начали расти и вскоре увеличились настолько, что стали видны невооруженным глазом. Мейер привил бактерии здоровым растениям, чтобы выяснить, вызовет ли это заболевание. Однако эксперимент закончился неудачно. Эта неудача завела исследования Мейера в тупик.
Несколько лет спустя другой голландский исследователь, Мартинус Бейеринк (Martinus Beijerinck), продолжил работу Мейера. Он предположил, что не бактерии вызывают болезнь табачной мозаики, а что-то, что намного меньше их. Он выкопал зараженные растения и прогнал полученную из них жидкость через фильтр, не пропускавший ни клетки растений, ни бактерии. Впрыснув очищенную таким образом жидкость в здоровый табак, он обнаружил, что растение заболело.
Бейеринк отфильтровал сок из только что инфицированных растений и обнаружил, что им можно заразить другие растения. В соке зараженных растений находилось что-то, что было гораздо мельче, чем бактерия, способное к самокопированию и распространяющее болезнь. Бейеринк назвал это «живым заразным флюидом».
