Uue koronaviiruse pandeemia jätkub kaks kuud. Kõik peavad ennast juba selle teema eksperdiks. Kas teadsite, et viirust ei saa tappa? Ta ei ela, nii et teda saab ainult murda, hävitada. Viirus ei ole olend, vaid pigem aine. Kuid samal ajal suudavad viirused suhelda, koostööd teha ja end varjata.
Viiruste sotsiaalne elu
Teadlased avastasid selle alles kolm aastat tagasi. Nagu sageli juhtub, kogemata. Uuringu eesmärk oli testida, kas heinabakterid võivad üksteist hoiatada bakteriofaagide rünnaku eest - eriviiruse viirused, mis ründavad valikuliselt baktereid. Pärast bakteriofaagide lisamist heina batsillide torudesse salvestasid teadlased signaalid tundmatus molekulaarses keeles. Kuid selle üle peetavad "läbirääkimised" polnud sugugi mitte bakterid, vaid viirused.
Selgus, et pärast bakteritesse tungimist sundisid viirused neid sünteesima ja naaberrakkudesse spetsiaalseid peptiide saatma. Need lühikesed valgumolekulid andsid ülejäänud viirustele märku järgmisest õnnestunud püüdmisest. Kui signaalpeptiidide (ja seetõttu ka hõivatud rakkude) arv jõudis kriitilisele tasemele, lakkasid kõik viirused justkui käskluses aktiivselt jagunemast ja varitsesid. Kui seda ei tehtaks selle petliku manöövri jaoks, võivad bakterid korraldada kollektiivse vastuhaku või täielikult surra, jättes viirused võimaluse neile parasiteerida. Viirused on selgelt otsustanud oma ohvrid magama panna ja anda neile aega taastuda. Peptiid, mis aitas neil seda teha, sai nime "arbitrium" ("otsus").
Edasised uuringud on näidanud, et viirused on võimelised tegema keerukamaid otsuseid. Rünnaku teise või kolmanda laine edu tagamiseks võivad nad ohverdada raku immuunsussüsteemi rünnaku ajal. Nad on võimelised liikuma koordineeritult rakkudest rakkudesse transportvesiikulites (vesiikulites), vahetama geenimaterjali, aitama üksteisel maskeerida immuunsust ja tegema koostööd teiste tüvedega, et kasutada ära nende evolutsioonilisi eeliseid.
Texase ülikooli biofüüsik Lan'in Zeng väidab, et isegi need hämmastavad näited on vaid jäämäe tipp. Uus teadus - sotsioviroloogia - peaks uurima viiruste varjatud sotsiaalset elu. Me ei räägi tõsiasjast, et viirused on teadlikud, ütleb üks selle loojatest, mikrobioloog Sam Diaz-Muñoz. Kuid sotsiaalsed sidemed, suhtluskeel, kollektiivsed otsused, tegevuste kooskõlastamine, vastastikune abi ja planeerimine on aruka elu märgid.
Reklaamvideo:
Kas viirused on mõistlikud?
Kas sellel, mis pole isegi elusorganism, on mõistus või teadvus? On olemas matemaatiline mudel, mis seda võimalust võimaldab. See on integreeritud infoteooria, mille on välja töötanud itaalia neuroteadlane Giulio Tononi. Ta peab teadvust teabe kvantiteedi ja kvaliteedi suhteks, mille määrab spetsiaalne mõõtühik - φ (phi). Idee on selles, et täiesti teadvuseta mateeria (0 φ) ja teadliku inimese aju (maksimaalselt φ) vahel on üleminekuseisundite tõusujoon. Igal objektil, mis on võimeline teavet vastu võtma, töötlema ja genereerima, on minimaalne tase φ. Sealhulgas need, mis on kindlasti elutud, näiteks termomeeter või LED. Kuna nad teavad, kuidas temperatuuri ja valgust andmeteks teisendada, tähendab see, et "infosisu" on nende jaoks sama põhiline omadus,elementaarosakese massina ja laenguna. Selles mõttes on viirus paljudest elututest objektidest selgelt parem, kuna see ise on (geneetilise) teabe kandja.
Teadvus on infotöötluse kõrgem tase. Tononi nimetab seda integratsiooni. Integreeritud teave on midagi, mis ületab kvalitatiivselt kogutud andmete lihtsa summa: mitte objekti üksikute omaduste kogum, näiteks kollane, ümar kuju ja soojus, vaid nendest koosneva põleva laterna kujutise.
On üldtunnustatud seisukoht, et selliseks integreerumiseks on võimelised ainult bioloogilised organismid. Testimaks, kas elutud objektid suudavad kohaneda ja kogemusi saada, on Tononi ja neuroteadlaste meeskond välja töötanud arvutimudeli, mis meenutab retrokonsooli arkaadimängu. Katsealusteks oli 300 "animaati" - 12-bitiseid ühikuid tehisintellektiga, meeleelundite ja lokomotoorse aparaadi simulatsiooniga. Kõigile neist anti juhuslikult loodud juhised keha töötavate osade jaoks ja kõik suunati virtuaalsesse labürinti. Aeg-ajalt valisid ja kopeerisid teadlased animatsioonid, mis näitasid parimat koordinatsiooni. Järgmine põlvkond päris sama koodi "vanematelt". Selle suurus ei muutunud, kuid sellesse viidi juhuslikud digitaalsed "mutatsioonid", mis võiksid tugevdada, nõrgendada või täiendada "aju" ja "jäsemete" sidemeid. Selle loodusliku valiku tulemusel tõusis pärast 60 tuhat põlvkonda labürindi läbimise efektiivsus animatsioonide vahel 6-lt 95% -ni.
Animaatidel on viiruste ees üks eelis: nad saavad liikuda iseseisvalt. Viirused peavad liikuma kandja juurest reisijakohtadel süljes ja muudes füsioloogilistes eritistes. Kuid neil on rohkem võimalusi level taset tõsta. Kui ainult seetõttu, et viirusepõlvkonnad asendatakse kiiremini. Olles elusas rakus, sunnib viirus seda kloorima kuni 10 000 oma geneetilisest koopiast tunnis. Siiski on veel üks tingimus: teabe integreerimiseks teadvuse tasemele on vaja keerulist süsteemi.
Kui keeruline on viirus? Vaatame uue koroonaviiruse SARS-CoV-2, praeguse pandeemia süüdlase, näidet. Kujult näeb see välja nagu sarvedega merekaevandus. Väljaspool - sfääriline lipiidkest. Need on rasvad ja rasvasarnased ained, mis peavad seda kaitsma mehaaniliste, füüsikaliste ja keemiliste kahjustuste eest; see hävitatakse seebi või desinfitseerimisvahendi abil. Ümbrikul on kroon, mis andis sellele nime, see tähendab S-valkude lülisambataolisi protsesse, mille abil viirus siseneb rakku. Ümbrise all on RNA molekul: lühike ahel 29 903 nukleotiidiga. (Võrdluseks: meie DNA-s on neid rohkem kui kolm miljardit.) Üsna lihtne konstruktsioon. Kuid viirus ei pea olema keeruline. Peamine on saada keeruka süsteemi põhikomponendiks.
Teadusblogija Philip Bouchard võrdleb viirusi Somaalia piraatidega, kes kaaperdavad pisikesse paati tohutu tankeri. Kuid sisuliselt on viirus lähemal arhiivi tihendatud kergele arvutiprogrammile. Viirus ei vaja hõivatud raku jaoks kogu juhtimisalgoritmi. Lühikesest koodist piisab, et kogu raku opsüsteem selle heaks töötaks. Selle ülesande jaoks on selle kood evolutsiooni käigus ideaalselt optimeeritud. Võib eeldada, et viirus "taaselustub" rakusiseselt ainult nii palju, kui süsteemi ressursid seda võimaldavad. Lihtsas süsteemis on ta võimeline jagama ja kontrollima ainevahetusprotsesse. Kompleksis (nagu meie kehas) saab see kasutada täiendavaid võimalusi, näiteks teabe töötlemise taseme saavutamiseks, mis Tononi mudeli järgi piirdub intelligentse eluga.
Mida viirused soovivad?
Kuid miks on viirustel seda üldse vaja: ohverdada ennast, aidata üksteist, parandada suhtlusprotsessi? Mis on nende eesmärk, kui nad pole elusolendid?
Kummalisel kombel on vastus otseselt seotud meiega. Üldiselt on viirus geen. Mis tahes geeni peamine ülesanne on end võimalikult palju kopeerida, et levida ruumis ja ajas. Kuid selles mõttes ei erine viirus palju meie geenidest, mis tegelevad ka peamiselt neisse salvestatud teabe säilitamise ja paljundamisega. Tegelikult on sarnasused veelgi suuremad. Oleme ise natuke viirused. Umbes 8%. Meie genoomis on nii palju viirusgeene. Kust nad sealt tulid?
On viirusi, mille puhul peremeesraku sisestamine DNA-sse on "elutsükli" vajalik osa. Need on retroviirused, mille hulka kuulub näiteks HIV. Retroviiruse geneetiline teave kodeeritakse RNA molekulis. Rakusiseselt alustab viirus selle molekuli DNA koopia tegemise protsessi ja sisestab selle siis meie genoomi, muutes selle konveieriks selle matriitsi alusel RNA-de kokkupanekuks. Kuid nii juhtub, et rakk pärsib viirusliku RNA sünteesi. Ja selle DNA-sse manustatud viirus kaotab võime jaguneda. Sel juhul võib viiruse genoomist saada geneetiline ballast, mis kandub edasi uutele rakkudele. Vanimate retroviiruste, mille fossiilijäägid on meie genoomis säilinud, vanus on 10–50 miljonit aastat. Evolutsiooni aastate jooksul on meil kogunenud umbes 98 tuhat retroviiruse elementi, mis nakatasid kunagi meie esivanemad. Nüüd moodustavad nad 30-50 perekonda, mis jagunevad peaaegu 200 rühmaks ja alamrühmaks. Geneetikute hinnangul nakatus viimane retroviirus, mis suutis saada osa meie DNA-st, inimpopulatsiooni umbes 150 tuhat aastat tagasi. Siis elasid meie esivanemad üle pandeemia.
Mida teevad relikviirused praegu? Mõni ei näita ennast kuidagi. Või nii meile tundub. Muud tööd: kaitsta inimese embrüot nakkuste eest; stimuleerivad antikehade sünteesi vastusena võõrmolekulide ilmnemisele kehas. Kuid üldiselt on viiruste missioon palju olulisem.
Kuidas viirused meiega suhtlevad
Uute teaduslike andmete ilmumisega mikrobiomi mõju kohta meie tervisele hakkasime mõistma, et bakterid pole mitte ainult kahjulikud, vaid ka kasulikud ja paljudel juhtudel eluliselt vajalikud. Järgmine samm, kirjutab Joshua Lederberg ajakirjas The infektsioonide ajalugu, peaks olema harjumus viirusi demoniseerida. Nad toovad meile tõepoolest sageli haigusi ja surma, kuid nende olemasolu eesmärk pole mitte elu hävitamine, vaid evolutsioon.
Nagu bakteriofaagide näites, tähendab peremeesorganismi kõigi rakkude surm tavaliselt viiruse lüüasaamist. Hüperagregatiivsed tüved, mis tapavad või immobiliseerivad oma peremehi liiga kiiresti, kaotavad võime vabalt levida ja muutuvad evolutsiooni ummikseisuteks. Selle asemel saavad “sõbralikumad” tüved võimaluse oma geene korrutada. „Kuna viirused arenevad uues keskkonnas, lakkavad nad tavaliselt põhjustamast tõsiseid tüsistusi. See on kasulik nii peremeesorganismile kui ka viirusele endale,”ütleb New Yorgi epidemioloog Jonathan Epstein.
Uus koroonaviirus on nii agressiivne, kuna murdis alles hiljuti liikidevahelise tõkke. Yale'i ülikooli immunobioloogi Akiko Iwasaki sõnul "ei saa viirused esmakordselt inimkehasse sisenedes aru, mis toimub." Nad on nagu esimese põlvkonna animaadid virtuaalses labürindis. Kuid me pole paremad. Tundmatu viirusega kokku puutudes võib ka meie immuunsussüsteem kontrolli alt väljuda ja ohule reageerida "tsütokiini tormiga" - tarbetult võimsa põletikuga, mis hävitab keha enda kuded. (Just see immuunsuse ülereageerimine põhjustab palju surma 1918. aasta Hispaania gripipandeemia ajal.) kohaneda nendega ja nendega - meiega.
Me avaldame üksteisele evolutsioonilist mõju mitte ainult keskkonnateguritena. Meie rakud on otseselt seotud viiruslike RNA-de kokkupanemise ja modifitseerimisega. Ja viirused on otseses kontaktis nende kandjate geenidega, viies nende rakkudesse geneetilise koodi. Viirus on üks viisidest, kuidas meie geenid maailmaga suhtlevad. Mõnikord annab see dialoog ootamatuid tulemusi.
Platsenta - struktuur, mis ühendab loote emakehaga - tekkimine on muutunud imetajate evolutsiooni võtmehetkeks. Raske on ette kujutada, et selle moodustamiseks vajalikku sünitsiini valku kodeerib geen, mis pole midagi muud kui "kodustatud" retroviirus. Iidsetel aegadel kasutas viirus sünitsiini elusorganismide rakkude hävitamiseks.
Meie elu lugu viirustega tõmbab lõputu sõda või võidurelvastumine, kirjutab antropoloog Charlotte Bivet. See eepos on üles ehitatud vastavalt ühele skeemile: nakkuse päritolu, levik ülemaailmse kontaktide võrgustiku kaudu ja selle tagajärjel selle ohjeldamine või likvideerimine. Kõiki tema krunte seostatakse surma, kannatuste ja hirmuga. Kuid on teine lugu.
Näiteks lugu sellest, kuidas me saime neuraalse geeni Arc. See on vajalik sünaptilise plastilisuse jaoks - närvirakkude võime moodustada ja fikseerida uusi närviühendusi. Hiir, milles see geen on keelatud, ei ole võimeline õppima ja pikaajalist mälu looma: kui on juustust labürindis leitud, unustab ta selle järgmisel päeval.
Selle geeni päritolu uurimiseks on teadlased eraldanud selle toodetavad valgud. Selgus, et nende molekulid kogunevad spontaanselt struktuuridesse, mis sarnanevad HIV-viiruse kapsiididega: valguümbrised, mis kaitsevad viiruse RNA-d. Seejärel vabanevad nad neuronist transpordimembraani vesiikulites, ühinevad teise neuroniga ja vabastavad nende sisu. Mälestused edastatakse nagu viirusnakkus.
350–400 miljonit aastat tagasi sisenes imetajate organismi retroviirus, mille kokkupuude viis kaare moodustumiseni. Nüüd aitab see viirusesarnane geen meie neuronitel kõrgemaid vaimseid funktsioone täita. Võib juhtuda, et viirused ei võta teadvust kontakti kaudu meie rakkudega. Kuid vastupidises suunas see töötab. Vähemalt see töötas korra.
Autor: Sergei Pankov
