«Семь процентов — это очень-очень мало» Откуда взялись гигантские «инопланетные» вирусы

Биологи из Французского университета Экс-Марсель обнаружили в Чили и Австралии два гигантских по меркам микромира вида вирусов, которые стали самыми крупными подобными организмами из известных до сих пор. Однако самым необычным их свойством оказался вовсе не размер, а геном — только семь процентов его последовательности оказались знакомы биологам. Авторы дали находке броское название «Пандора» (Pandoravirus) и предположили, что она является потомком некоего четвертого, ранее неизвестного домена жизни — не эукариот, не бактерий и не архей. Многие СМИ пошли еще дальше и заговорили об инопланетном происхождении Пандоры.

Что представляют из себя гигантские вирусы? Так ли уж необычны те из них, о которых только что стало известно? Как относиться к гипотезам их первооткрывателей? «Лента.ру» спросила об этом ведущего исследователя лаборатории эволюционной геномики Национальных институтов здоровья США, вирусолога и биоинформатика Евгения Кунина, который участвовал в исследовании открытых ранее гигантских вирусов.

«Лента.ру»: Пандора, несмотря на свою необычность, все-таки не первый удивительно крупный вирус. Расскажите, пожалуйста, как гигантские вирусы были открыты впервые?

Евгений Кунин: Эта история очень интересная. Дело в том, что на самом деле эти вирусы внутри амеб и других одноклеточных ученые замечали уже довольно давно — при помощи обычного оптического микроскопа. Однако их принимали за бактерий, за внутриклеточных симбионтов амеб, и никаких серьезных исследований этих организмов не проводилось. Первый раз о том, что эти «симбионты» на самом деле могут быть вирусами, стало известно ровно 10 лет назад, в 2003 году — у нас тут, можно сказать, юбилей.

Тогда усилиями французской группы во главе с Дидье Раулем (Didier Raoult), в которую входил и Жан-Мишель Клавери (Jean-Michel Claverie), и еще много других ученых, удалось выделить вирус необычно большого размера, он получил название мимивирус. В 2004 году его геном был полностью прочитан, и оказалось, что это, в общем, действительно настоящий вирус как с точки зрения структуры, так и в смысле генетической организации.

Реконструкция капсида мимивируса на основе анализа электронной микроскопии.

Изображение: Xiao C, Kuznetsov YG, Sun S, Hafenstein SL, Kostyuchenko VA, et al., PLoS Biology, 2009

Дело, однако, не ограничилось мимивирусами. Затем были обнаружены мамавирусы, мегавирусы и вот сейчас — пандоравирусы. Как все эти вирусы, объединенные вроде бы одним только своим гигантским размером, соотносятся между собой? Так ли уж сильно отличается от остальных новый тип — пандоравирусы?

Довольно долгое время после того, как был открыт мимивирус, ученые находили только его родственников. Все эти мама-, муму-, мега- и так далее — это достаточно близкие родственники. Если проводить аналогию с многоклеточными, то это, видимо, виды внутри одного рода, не более того. В терминах геномики речь идет о совпадении последовательностей ДНК как минимум на 80 процентов, обычно даже больше. Это сильно похожие вещи.

Затем, однако, был открыт еще один гигантский вирус, который довольно сильно отличался от остальных. У него неудобоваримое название (речь идет о Cafeteria roenbergensis virus — прим. «Ленты.ру»), но тут существенно то, что он заражает не амеб, как мимивирусы и все их братья и сестры, а других одноклеточных, морских планктонных организмов — динофлагеллят. И вот он сильно от мимивирусов отличался. Он немного меньше их по размеру, но несмотря на все отличия, безусловно, является их родственником. Что в данном случае значит родственник? Есть более обширная группа, в которую входит в том числе и вирус оспы. Так вот, этот гигантский вирус динофлагеллят существенно ближе к мимивирусам, чем, например, к вирусу оспы.

Теперь что касается пандоры. Все, что я говорил до этого, я знаю совершенно точно, потому что мы сами все это изучали, и изучали весьма внимательно. Про пандору я знаю гораздо меньше, а точнее говоря, только то, что написано в данной статье. А то, что там написано, заставляет предполагать, что эта вещь действительно отличается очень сильно, что, может быть, это даже и не родственник тех гигантских вирусов, про которые мы узнали 10 лет назад. И хотя в статье проделана вполне приличная работа по анализу генома пандоры, тем не менее из нее не вполне понятны ее родственные взаимоотношения с другими вирусами.

Из генома пандоравирусов только семь процентов последовательности удалось найти в базах данных, а все остальное ученые видят впервые. Семь процентов — это мало? С чем это можно сравнить?

Это очень мало. Это действительно очень-очень мало. Ну, скажем, для мимивируса аналогичная цифра составит как минимум 25, а скорее и все 30 процентов. У них для трети генов можно найти гомологи за пределами группы. А семь процентов — это очень-очень-очень мало. Насколько достоверно получена эта цифра? Понимаете, здесь, в этом месте, ничего абсолютного нет. И многое зависит от того, где вы проведете черту — что вы назовете гомологами, что нет. Еще раз повторю, все это делали грамотные люди и делали достаточно корректно, не ставили соответствующий порог слишком высоко. Так что, может, они что-то и пропустили, но этой цифре можно верить, и она действительно аномально низкая.

Вирус Пандора в оптическом микроскопе

Фото: IGS CNRS-AMU

Пресса, особенно российская, очень своеобразно отреагировала на эту статью. Многие СМИ совершенно серьезно сообщали о возможном инопланетном происхождении пандоравирусов. То ли об этом говорили сами авторы работы, то ли журналисты их не так поняли. Но и заявления Клавери о возможном открытии «четвертого домена жизни» тоже весьма сенсационны. Другими словами, есть две спекуляции: о том, что этот вирус имеет инопланетное происхождение, и о том, что он является родственником некоего четвертого домена жизни, то есть не бактерий, не архей и не эукариот. Как эти две гипотезы соотносятся друг с другом и как к ним можно относиться?

Мне хотелось бы думать, что когда люди говорят об инопланетном происхождении, они просто забывают поставить кавычки. То есть имеют в виду то, что этот вирус как бы очень необычен, мало на что похож, изумителен и так далее. Если же про инопланетное происхождение кто-то пишет серьезно, то здесь говорить не о чем — это значит, просто кто-то что-то не то курил. То есть либо это неудачное выражение, либо это патология.

Что касается того, что эти вирусы могут представлять собой реликт некоего четвертого домена жизни, то тут уже возможен содержательный разговор. Однако необходимо понимать, что когда 10 лет назад были открыты мимивирусы, Жан-Мишель Клавери уже говорил про них то же самое. Сейчас в этих разговорах уже упоминаются и пятый, и шестой домены жизни — ведь пандоравирусы не похожи на мимивирусов.

Как к этому нужно относиться? Здесь есть два ответа — короткий и длинный. Если коротко, то я вам могу сказать, что эта гипотеза плохая, несерьезная и, в общем, на данном этапе ее можно считать только ерундой. Может быть, не патологической ерундой, но ерундой.

А если все-таки попытаться объяснить, почему это так?

Повторюсь, геном пандоравирусов еще надо исследовать, он только опубликован, но относительно мимивирусов и их родственников говорилось слово в слово то же самое — что они являются представителями некоего четвертого домена жизни, который теперь предлагают дополнить и пятым, и шестым.

Почему является необоснованным то, что говорят Жан-Мишель Клавери и другие ученые про четвертый домен? По двум причинам. Во-первых, это совершенно несомненное, уверенно демонстрируемое родство мимивирусов с другими ДНК-содержащими вирусами, которые тоже довольно большие, но не гигантские — их геном составляет от 200 до 400 тысяч пар нуклеотидов. К ним относится, например, вышеупомянутая оспа — боюсь, что кроме нее читателю никто из этой группы вирусов неизвестен, хотя их довольно много.

Ничего особенно интересного вроде компонентов системы трансляции их геномы не кодируют, никаких оснований связывать их с какими-то неизвестными типами клеток нет. Мимивирус и его родственники, несомненно, входят в эту группу, у них между собой есть десятки гомологичных генов. И когда мы строим филогенетическое дерево, то мимивирусы в нем образуют совершенно определенную веточку. Поэтому прямой разговор о том, что мимивирусы происходят от непонятного, несуществующего типа клеток, входит в противоречие с совершенно конкретными, совершенно надежными результатами геномного анализа. Эти результаты сами по себе никто не отрицает, но все как-то забывают.

У сторонников этой гипотезы есть и другой аргумент. Они берут те гены гигантских вирусов, которые имеют гомологов во всех клеточных организмах (в основном это гены, которые кодируют белки трансляции), и говорят: мы теперь можем вставить вирусы в древо жизни. Это замечательно. Ну, раз можем, давайте вставим. Дальше они строят вышеупомянутое древо, и получается, что эти самые вирусные гены четко ни с кем не группируются: они не выглядят ни как бактерии, ни как археи, ни как эукариоты. И тогда они говорят: «Ага! Значит, это что-то другое, четвертое».

Вот так этот аргумент строится, но это аргумент наивный. Потому что вирусы вообще склонны эволюционировать быстро и положение вирусной ветки в филогенетических деревьях — далеко не только в этих, в любых, которые можно построить совместно для вирусных и клеточных генов, — бывает неопределенным. Никаких чудес, равно как и никаких четвертых и шестых доменов здесь нет.

Так что эти идеи с двух совершенно независимых позиций являются необоснованными и ненужными. Я мог бы еще развивать некие тонкости этого дела, но боюсь, на это нет времени да, наверное, и нужды.

Если все-таки вернуться к цифре в семь процентов гомологии, нельзя не признать, что она обескураживает. То есть даже сейчас, несмотря на все успехи секвенирования, на проекты чтения метагеномов, на путешествия Крейга Вентера по морям и океанам, когда секвенировалось просто все, что можно выделить из воды, несмотря на все это, получается, что когда мы читаем геном нового вируса, мы узнаем в нем от силы 30, а порой и всего 7 процентов генов.

Это так, но сам по себе процент совпадения даже неважен. У нас может быть и 50 процентов совпадений, но их будет 50 и в следующем вирусе, который будет секвенирован, и в третьем, и в 103-м и так далее. Даже неважно, какова величина совпадений, важно, что она не увеличивается, то есть не наблюдается насыщения.

Когда мы изучаем бактерий или архей, то у них доля генов с гомологами бывает 85-90 процентов, но эти оставшиеся 10 процентов никуда не исчезают. Еще секвенировать их будете — еще 10 процентов добавите, потом еще 10 процентов, и так далее. Здесь есть более корректные подходы, связанные с серьезным математическим моделированием эволюции пангеномов (так называют всю совокупность генов всех представителей определенного таксона). И они показывают, что у бактерий и архей пангеномы все-таки закрытые, то есть ограниченные.

О пангеноме вирусов мы знаем, что он исключительно велик. И с секвенированием новых и новых геномов никакого насыщения, если мы говорим о больших вирусах, нет. Пангеном вирусов, если выражаться парадоксально, эффективно бесконечен. То есть реально бесконечного, конечно, нет ничего на нашей маленькой планете, но он исключительно, исключительно велик.

Долгое время вирусы рассматривались большинством ученых как сбежавшие от клеток автоматические репликаторы, потом появились гипотезы о том, что они могут являться живыми ископаемыми, представителями исходной доклеточной жизни. По третьей версии, вирусы представляют собой продукт крайнего упрощения клеток. Все три гипотезы имеют собственные аргументы, но мне хотелось бы узнать: как влияет на их обоснованность открытие пандоравирусов?

Я знаю, что некоторые ученые полагают, что оно усиливает гипотезу о происхождении вирусов путем деградации клеток. Мне эта позиция представляется лишенной всяких оснований.

Не могу не спросить: почему все-таки эти вирусы такие огромные? Зачем им это нужно? Как они вообще смогли сохранить свой аномально большой геном, учитывая давление отбора?

Можно было бы ответить, что они живут в условиях, где идет очень интенсивный обмен генами, и там очень много источников, из которых они могут брать генетическую информацию: другие вирусы, бактерии, сами амебы. Но это не слишком хорошо отвечает на ваш вопрос. Потому что все равно разумно было бы предполагать, что эволюция будет жестко отбирать вирусные геномы в сторону компактности. Однако она это делает не всегда.

На самом деле это очень интересный вопрос. У нас нет хорошей теории о том, почему одни вирусы выбирают путь максимальной компактности, а другие — путь максимальной сложности. Почему одни вирусы идут по пути эффективности в смысле скорости размножения, а другие предпочитают эффективность в смысле большого числа различных механизмов взаимодействия с хозяином? Вот этого мы не понимаем. Мы ясно видим, что обе стратегии существуют, но не понимаем, как эволюция «принимает такое решение».