Пандемията на новия коронавирус продължава два месеца. Всеки вече смята себе си за експерт в тази тема. Знаете ли, че вирус не може да бъде убит? Той не живее, затова може само да бъде разбит, унищожен. Вирусът не е същество, а по-скоро вещество. Но в същото време вирусите са в състояние да общуват, да си сътрудничат и да се маскират.
Социалният живот на вирусите
Учените откриха това само преди три години. Както често се случва, случайно. Целта на изследването беше да се провери дали сено бактериите могат да предупреждават взаимно за атака от бактериофаги, специален клас вируси, които селективно атакуват бактериите. След като добавят бактериофагите в епруветките на сеновите бацили, изследователите записват сигналите на неизвестен молекулен език. Но „преговорите“по него изобщо не бяха бактерии, а вируси.
Оказа се, че след навлизане на бактерии, вирусите ги принуждават да синтезират и изпращат специални пептиди до съседните клетки. Тези къси протеинови молекули сигнализираха на останалите вируси за следващото успешно улавяне. Когато броят на сигналните пептиди (и следователно превзетите клетки) достигна критично ниво, всички вируси, сякаш по команда, спряха активно да се делят и дебнат. Ако не беше тази измамна маневра, бактериите биха могли да организират колективен отпор или напълно да умрат, лишавайки вирусите от възможността да ги паразитират допълнително. Вирусите явно са решили да сложат жертвите си да спят и им дават време да се възстановят. Пептидът, който им помогна да направят това, беше наречен "arbitrium" ("решение").
Допълнителни изследвания показват, че вирусите са способни да вземат по-сложни решения. Те могат да се жертват по време на атака срещу имунната защита на клетката, за да гарантират успеха на втората или третата вълна на настъплението. Те са способни да координират движение от клетка на клетка в транспортни везикули (везикули), да обменят ген материал, да си помагат взаимно да маскират имунитета, да си сътрудничат с други щамове, за да се възползват от своите еволюционни предимства.
Шансовете са, че дори тези невероятни примери са само върхът на айсберга, казва Ланин Дзен, биофизик от Тексаския университет. Нова наука - социовирология - трябва да изучава латентния социален живот на вирусите. Не говорим за факта, че вирусите са в съзнание, казва един от създателите му, микробиологът Сам Диас-Муньоз. Но социалните връзки, езикът на общуване, колективните решения, координацията на действията, взаимопомощта и планирането са признаци на интелигентен живот.
Промоционално видео:
Здрави ли са вирусите?
Може ли нещо, което дори не е жив организъм, да има ум или съзнание? Има математически модел, който позволява тази възможност. Това е интегрирана информационна теория, разработена от италианския невролог Джулио Тонони. Той разглежда съзнанието като съотношението между количеството и качеството на информацията, което се определя от специална единица за измерване - φ (phi). Идеята е, че между напълно несъзнаваната материя (0 φ) и съзнателния човешки мозък (максимум φ) има възходяща серия от преходни състояния. Всеки обект, способен да получава, обработва и генерира информация, има минимално ниво φ. Включително онези със сигурност неодушевени, като термометър или светодиод. Тъй като те знаят как да преобразуват температурата и светлината в данни, това означава, че „информационното съдържание“е същото основно свойство за тях,като маса и заряд за елементарна частица. В този смисъл вирусът очевидно превъзхожда много неодушевени обекти, тъй като самият той е носител на (генетична) информация.
Съзнанието е по-високо ниво на обработка на информация. Тонони нарича тази интеграция. Интегрираната информация е нещо, което качествено надминава простата сума от събрани данни: не набор от индивидуални характеристики на обект като жълто, кръгла форма и топлина, а изображение на горяща лампа, съставена от тях.
Общоприето е, че само биологични организми са способни на такава интеграция. За да провери дали неодушевените обекти могат да се адаптират и да придобият опит, Tononi, заедно с екип от невролози, разработиха компютърен модел, наподобяващ аркадна игра за ретро конзола. Темите бяха 300 „анимати“- 12-битови единици с основен изкуствен интелект, симулация на сетивата и опорно-двигателния апарат. На всеки от тях бяха дадени произволно генерирани инструкции за работещи части от тялото и всички бяха пуснати във виртуален лабиринт. Време след време изследователите подбираха и копираха аниматите, които показваха най-добрата координация. Следващото поколение наследи същия код от „родителите“. Размерът му не се промени, но в него бяха въведени произволни цифрови „мутации“, които биха могли да укрепят, отслабят или допълнят връзките между „мозъка“и „крайниците“. В резултат на този естествен подбор, след 60 хиляди поколения, ефективността на преминаване на лабиринта сред аниматите се увеличава от 6 на 95%.
Животните имат едно предимство пред вирусите: те могат да се движат независимо. Вирусите трябва да се движат от превозвач към превозвач на пътническите седалки в слюнка и други физиологични секрети. Но те имат повече шансове да увеличат своето ниво на ф. Дори само защото вирусните поколения се заменят по-бързо. Веднъж попаднал в жива клетка, вирусът я принуждава да разгърне до 10 000 от своите генетични копия на час. Има обаче още едно условие: за да се интегрира информацията до нивото на съзнанието, е необходима сложна система.
Колко сложен е вирус? Нека да разгледаме примера на новия коронавирус SARS-CoV-2, виновник на настоящата пандемия. По форма прилича на морска мина с рога. Отвън - сферична липидна обвивка. Това са мазнини и подобни на мазнини вещества, които трябва да го предпазват от механични, физически и химически повреди; именно те са унищожени от сапун или дезинфектант. Върху обвивката е короната, която му е дала името си, тоест процесите на гръбначния стълб на S-протеини, с помощта на които вирусът навлиза в клетката. Под обвивката се намира молекула на РНК: къса верига с 29 903 нуклеотиди. (За сравнение: в нашата ДНК има повече от три милиарда.) Доста проста конструкция. Но не е необходимо вирусът да е сложен. Основното е да се превърнете в ключов компонент на сложна система.
Научният блогър Филип Бушар сравнява вирусите със сомалийските пирати, отвличащи огромен танкер в малка лодка. Но по същество вирусът е по-близо до лека компютърна програма, компресирана от архиватор. Вирусът не се нуждае от целия алгоритъм за контрол на заснетата клетка. Кратък код е достатъчен, за да работи цялата операционна система за клетките. За тази задача нейният код е идеално оптимизиран в процеса на еволюция. Може да се предположи, че вирусът „съживява“вътре в клетката само толкова, колкото позволяват системните ресурси. В проста система той е в състояние да споделя и контролира метаболитните процеси. В комплекс (като нашето тяло) - той може да използва допълнителни опции, например, за да постигне ниво на обработка на информация, което според модела на Tononi граничи с интелигентен живот.
Какво искат вирусите?
Но защо вирусите изобщо се нуждаят от това: жертват се, помагат си взаимно, подобряват процеса на комуникация? Каква е целта им, ако не са живи същества?
Колкото и да е странно, отговорът е пряко свързан с нас. Като цяло вирусът е ген. Основната задача на всеки ген е да се копира максимално, за да се разпространи в пространството и времето. Но в този смисъл вирусът не се различава много от нашите гени, които също са загрижени предимно за запазването и репликацията на записаната в тях информация. Всъщност приликите са още по-големи. Сами сме малко вирус. С около 8%. В нашия геном има толкова много вирусни гени. Откъде дойдоха?
Има вируси, за които въвеждането на гостоприемна клетка в ДНК е необходима част от "жизнения цикъл". Това са ретровируси, които включват, например, ХИВ. Генетичната информация в ретровирус е кодирана в молекула на РНК. Вътре в клетката вирусът започва процеса на изработване на ДНК копие на тази молекула и след това я вмъква в нашия геном, превръщайки го в конвейер за сглобяване на своите РНК на базата на този шаблон. Но така се случва, че клетката потиска синтеза на вирусна РНК. А вирусът, вграден в своята ДНК, губи способността да се дели. В този случай вирусният геном може да се превърне в генетичен баласт, който се предава на нови клетки. Възрастът на най-старите ретровируси, чиито „изкопаеми останки“са запазени в нашия геном, е от 10 до 50 милиона години. През годините на еволюцията сме натрупали около 98 хиляди ретровирусни елемента, които някога са заразили нашите предци. Сега те съставят 30-50 семейства, които са подразделени на почти 200 групи и подгрупи. Според изчисленията на генетиците, последният ретровирус, който успя да стане част от нашата ДНК, зарази човешката популация преди около 150 хиляди години. Тогава нашите предци преживели пандемия.
Какво правят реликвените вируси сега? Някои не се показват по никакъв начин. Или така ни се струва. Други работят: защитават човешкия ембрион от инфекции; стимулират синтеза на антитела в отговор на появата на чужди молекули в тялото. Но като цяло мисията на вирусите е много по-значима.
Как вирусите общуват с нас
С появата на нови научни данни за влиянието на микробиома върху здравето ни започнахме да осъзнаваме, че бактериите са не само вредни, но и полезни и в много случаи са жизненоважни. Следващата стъпка, пише Джошуа Ледерберг в „Историята на инфекциите“, трябва да бъде да се прекъсне навикът да демонизира вирусите. Те наистина ни носят болест и смърт, но целта на тяхното съществуване не е унищожаването на живота, а еволюцията.
Както в примера с бактериофагите, смъртта на всички клетки на организма гостоприемник означава поражение за вируса. Хиперагрессивните щамове, които убиват или обездвижват своите домакини твърде бързо, губят способността си да се разпространяват свободно и да станат задънените клонове на еволюцията. Вместо това, по-"приятелските" щамове получават шанс да умножат своите гени. „Тъй като вирусите се развиват в нова среда, те обикновено спират да причиняват сериозни усложнения. Това е добре за приемащия организъм и за самия вирус “, казва нюйоркският епидемиолог Джонатан Епщайн.
Новият коронавирус е толкова агресивен, защото едва наскоро пречупи междувидовата бариера. Според имунобиологът Акико Ивасаки от Йейлския университет „Когато вирусите за първи път влязат в човешкото тяло, те не разбират какво се случва“. Те са като анимати от първо поколение във виртуален лабиринт. Но ние не сме по-добри. Когато се сблъскаме с неизвестен вирус, имунната ни система може също да излезе извън контрол и да отговори на заплахата с „цитокинова буря“- ненужно силно възпаление, което унищожава собствените тъкани на организма. (Именно тази прекомерна реакция на имунитета причинява много смъртни случаи по време на испанската грипна пандемия от 1918 г.) За да живеем в любов и хармония с четирите човешки коронавируса, които причиняват нашите безобидни „настинки“(OC43, HKU1, NL63 и HCoV-229E), трябваше да адаптират се към тях, а към тях - към нас.
Ние упражняваме еволюционно влияние един върху друг не само като фактори на околната среда. Нашите клетки са пряко участващи в сглобяването и модифицирането на вирусни РНК. И вирусите са в пряк контакт с гените на техните носители, въвеждайки генетичния си код в клетките си. Вирусът е един от начините, по които нашите гени комуникират със света. Понякога този диалог дава неочаквани резултати.
Появата на плацентата - структурата, която свързва плода с тялото на майката - се превърна в ключов момент в еволюцията на бозайниците. Трудно е да си представим, че синтетиновият протеин, необходим за неговото образуване, е кодиран от ген, който не е нищо повече от "опитомен" ретровирус. В древни времена синтетикът се е използвал от вирус за унищожаване на клетките на живите организми.
Историята на нашия живот с вируси е изтеглена от безкрайна война или надпревара с оръжия, пише антропологът Шарлот Бивет. Този епос е изграден по една схема: произходът на инфекцията, разпространението й чрез глобална мрежа от контакти и в резултат на това нейното ограничаване или изкореняване. Всичките му сюжети са свързани със смърт, страдание и страх. Но има и друга история.
Например историята как се сдобихме с невронния ген Arc. Необходима е за синаптична пластичност - способността на нервните клетки да образуват и фиксират нови нервни връзки. Мишка, при която този ген е деактивиран, не е способна да се учи и да формира дългосрочна памет: като намери сирене в лабиринта, ще забрави пътя към него още на следващия ден.
За да изучат произхода на този ген, учените са изолирали протеините, които той произвежда. Оказа се, че техните молекули спонтанно се събират в структури, наподобяващи вирусни капсиди на ХИВ: протеинови обвивки, които защитават РНК на вируса. Тогава те се освобождават от неврона във везикулите на транспортната мембрана, сливат се с друг неврон и освобождават съдържанието им. Спомените се предават като вирусна инфекция.
Преди 350-400 милиона години ретровирус навлезе в организма на бозайниците, контактът с който доведе до образуването на дъга. Сега този вирусоподобен ген помага на нашите неврони да изпълняват по-високи психични функции. Възможно е вирусите да не получават съзнание чрез контакт с нашите клетки. Но в обратна посока работи. Поне това работеше веднъж.
Автор: Сергей Панков
