С момента своего открытия вирусы считались самыми простыми по строению живыми организмами, а учитывая их свойства, жизненные циклы и способность к выживанию, возможно, самыми приспособленными и совершенными существами на нашей планете. Эти биологические объекты состоят только из белковой оболочки (капсида) и заключённой в неё нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК (к РНК-содержащим вирусам относят 47 семейств, включая вирусы бешенства, лихорадки Эбола, гриппа и COVID-19).
Вирусы – это неклеточная форма жизни, они не имеют органелл и не могут размножаться вне клетки хозяина, в которой паразитируют. Более того, за пределами клетки они способны, к примеру, к кристаллизации, как солевые растворы. И даже шли дискуссии, можно ли их вообще считать живыми. Нельзя не согласиться, что вирусные структуры представляют собой абсолютных паразитов. Существовало две гипотезы происхождения этих организмов, первая из которых рассматривала вирусы как идеальный пример дегенерации – одного из направлений эволюционного процесса для достижения биологического прогресса за счёт упрощения структур и функций, приводящей к большей приспособляемости и, соответственно, лучшей выживаемости вида. Согласно другой гипотезе – вирусы изначально стояли на первых ступенях эволюции, то есть жизнь на нашей планете началась именно с них.
И очень странно, что в 1971 году открытие Теодором Отто Динером, американским фитопатологом Исследовательского центра Министерства сельского хозяйства США в Белтсвилле, штат Мэриленд, ещё более морфологически простых и, возможно, более древних организмов прошло незамеченным для широкой общественности. Биологи давно наблюдали странные болезни растений, для которых не могли установить возбудителя. Динер изучал заболевание картофеля, при котором отмечалось изменение цвета его листьев, уменьшение размера клубней и их веретеновидное удлинение, а проращивание происходило медленнее, чем у незаражённых растений. Оказалось, что это заболевание было вызвано представителем нового класса живых объектов, которых назвали вироиды.
Вироиды – это небольшие одноцепочечные кольцевые РНК, содержащие всего от 246 до 434 нуклеотидных последовательностей, в отличие от вирусов, самые маленькие из которых имеют более 2000 азотистых оснований в составе своих нуклеиновых кислот. Также, в отличие от вирусов, вироиды не обладают белковой оболочкой и не содержат генов, кодирующих белки. К настоящему времени вироиды подразделяются на два семейства: Avsunviroidae (группа А) и Pospiviroidae (группа В).
Avsunviroidae характеризуются способностью к самовырезанию РНК и лигированию. Они локализуются в хлоропластах (органеллах, ответственных за процесс фотосинтеза) растений. Pospiviroidae, в отличие от группы А, не способны к самовырезанию РНК, а их репликация происходит в ядре растительных клеток. Выявленные на сегодняшний день вироиды поражают только покрытосеменные (цветковые) растения. Хотя недавнее метатранскриптомное исследование предполагает, что разнообразие хозяев вироидов и других вироидоподобных элементов шире, чем считалось ранее, и не только не ограничивается растениями, но включает даже прокариот (организмов, клетки которых не имеют ядер).
Вироиды наносят значительный экономический ущерб сельскому хозяйству, оказалось, что более трети заболеваний растений, ранее считавшихся вирусной природы, вызываются именно вироидами. На сегодняшний день зарегистрировано более 25 заболеваний более чем 15 культур, включая овощи, фруктовые деревья и цветы. Механизм патогенности вироидов, по всей видимости, связан с подавлением собственной РНК растений. Заражение клетки осуществляется при проникновении инфекционного агента через плазмодесмы (каналы-мостики, соединяющие соседние растительные клетки). Инфицирование новых растений-хозяев происходит через тлю, возможно перекрёстное заражение при механическом повреждении растений в ходе садоводческих или сельскохозяйственных работ или от растения к растению при контакте листьев.
В январе 2024 года официально было объявлено об открытии, по всей видимости, промежуточной формы между вирусами и вироидами. Команда учёных из Стэнфордского университета, в которую входили аспирант И.Н. Жёлудев и Эндрю Файер, лауреат Нобелевской премии 2006 года в области физиологии и медицины за открытие РНК-интерференции, обнаружила РНК-структуры, похожие на палочки. Из-за своего внешнего вида они получили название обелиски. Оказалось, что это новая, отдельная филогенетическая группа, не имеющая строго сходства с описанными до сих пор биологическими агентами.
Так же как и у вироидов, у обелисков отсутствует белковая оболочка, а их одноцепочечная РНК, представлена уже не 300–400, а 1000 нуклеотидных последовательностей. Обелиски содержат гены, кодирующие синтез специфических белков – облинов. Они не принадлежат ни к одной известной белковой семье и подразделяются на облин–1 (состоит из 202 аминокислот) и облин–2 содержит (53 аминокислоты), функции которых пока неизвестны.
Учёным удалось выявить почти 30 000 видов обелисков, которые представлены в разных популяциях людей на всех континентах Земли. Обелиски определялись в 7% образцов кишечной флоры и в 50% – ротовой полости. Причём их присутствие фиксировалось в течение периода наблюдения более чем в 300 дней. Была установлена и основная клетка-хозяин, ей оказалась бактерия Streptococcus sanguinis – типичный обитатель ротовой полости, обнаруживающийся в зубных отложениях с момента прорезывания зубов и до конца жизни человека. Кстати, считается, что этот микроорганизм вносит существенный вклад в формирование кариеса.
Интересно, чем окажутся обелиски и какие функции они выполняют в экологической системе. Возможно, они являются суперпаразитами, которые за счёт минимализации своей структуры, максимально приспособились жить в бактериях, в свою очередь обитающих в макроорганизме-хозяине – в человеке. С другой стороны, нельзя исключать вероятность того, что обелиски помогают бактериям управлять собственными генами или обмениваться генетической информацией. И тогда, это уже симбиоз – взаимовыгодное существование двух организмов. И, конечно, крайне интересный вопрос: какой эффект они могут оказывать на организм человека?
Некоторые исследователи полагают, что вироиды и их родственники представляют собой древнейшие, наиболее примитивные формы жизни. И если они способны заражать организмы по всему эволюционному древу, то, возможно, сыграли определённую роль в формировании множества известных нам сегодня видов. «Мы многого не знаем, – говорит Кэтлин Хефферон, микробиолог из Корнельского университета. – Такое ощущение, что мы находим окаменелости совершенно другого мира».
Однако, уже сегодня можно предположить, что обелиски – это переходное звено между вироидами и вирусами, а эти простейшие, не содержащие белковой оболочки организмы, можно рассматривать как предтеч жизни, потомков древнего РНК-мира, с которого началась история живых систем на Земле.
Другие материалы по теме «Современные дискутабельные вопросы биологии»:
Платформа Дзен по определённым причинам меняет алгоритмы показов, и теперь статьи канала Intellectus увидят только его подпиcчики. Если вы уверены, что подписаны на канал рекомендуется проверить это в связи с возможной автоматической отпиской.