У вирусов скверная репутация и длинный список болезней, которые преследовали человечество с незапамятных времен. Но есть среди них особенные разновидности – вирусы-бактериофаги, способные заражать бактерии. Естественные и лабораторные фаги сегодня используются для лечения бактериальных инфекций, которые не поддаются лечению антибиотиками. Недавние исследования описывают еще одну функцию фагов: создание новых генов, которые клетки переоборудуют под себя. Когда клетка захватывает ДНК такого вируса, она получает инструкции, которые позволяют ей творить новые неожиданные вещи.
Фаги – самая многочисленная форма жизни на планете, их насчитывается нониллион – единица с 31 нулем после нее. Как и другие вирусы, фаги имеют высокую скорость репликации и мутации. Существует два основных вида фагов: умеренные и вирулентные. Вирулентные действуют по программе вторжения-репликации-уничтожения. Они проникают в клетку, создают копии самих себя и взрываются. Умеренные фаги играют в долгую игру. Они сливают свою ДНК с клеточной и могут годами бездействовать, пока что-то не вызовет их активацию. После чего происходит возвращение к опасному поведению.
Если ДНК клетки повреждена, это означает, что ДНК обитающего в ней фага тоже не в безопасности, и фаг мудро решает покинуть корабль. Бактериальные клетки же чутко отслеживают разрушение своей ДНК. При повреждениях происходит активация бактериального SOS-ответа и включается набор генов-восстановителей. Бактерии управляют SOS-ответом через белок-переключатель, который реагирует на повреждение ДНК. Выходит, бактериальные и фаговые переключатели эволюционно связаны. Возникает вопрос: кто изобрел переключатель раньше, бактерии или вирусы?
SOS-реакция группы бактерий Bacteroidetes, составляющих до половины нашей кишечной микробиоты, контролируется фаговым переключателем, который бактерии переоборудовали для собственных сложных генетических программ. Это говорит о том, что бактериальные переключатели на самом деле фаговые, просто клетка приспособила их под свои нужды. Изобретения фагов для бактерий на этом не заканчиваются. Необходимый для деления клеток бактериальный ген также возник в результате «одомашнивания» гена фагового токсина. Такие системы бактериальной атаки как генетические пушки для введения в клетку и маскировка для уклонения от иммунной системы, предположительно, тоже произошли от фагов.
Если же рассуждать о вирусах в целом, появляется все больше свидетельств, что поражающие растения и животных вирусы – важный источник генетических инноваций в этих организмах. Например, одомашненные вирусные гены играют весомую роль в эволюции плаценты млекопитающих и поддержании влажности кожи человека. Последние данные свидетельствуют о том, что даже ядро клетки, где располагается ДНК, могло быть вирусным изобретением. Исследователи также полагают, что предки современных вирусов первыми использовали ДНК как молекулу для жизни. Так что придется смириться: не было бы вирусов – не было бы и нас с вами.
