Примерно 33 миллиона лет назад появился новый вирус.
Как и многие вирусы, он проник в организм млекопитающего. Это событие — в масштабе жизни планеты обычное — оказалось необычным по последствиям. Оно не стало кратковременной вспышкой.
Наоборот, оно привело к глобальной пандемии, которая была не только чрезвычайно распространённой, но и долгой, оставив след, повлиявший на мир навсегда.
Эта пандемия (также известная как пандемия ERV-Fc) длилась более 15 миллионов лет — гораздо дольше, чем годы или даже столетия.
Эта история стала известна не благодаря костям или камням, а по молекулярному ископаемому, обнаруженному в 2001 году — в самом нашем ДНК.
Учёные называют этот фрагмент генетического материала ERV-Fc.
Это след древнего вируса, который встроился в гены наших предков.
Как свидетель молчаливой борьбы, он хранит историю эволюции почти всех ныне живущих видов млекопитающих.
Вирусные ископаемые, скрытые в наших генах
Есть поразительное сходство между всеми живыми существами — животными, растениями и грибами: их ДНК наполнена остатками древних вирусов.
Человек не является исключением. Эти генетические следы называются эндогенными ретровирусами, или ERV.
Они происходят от древних ретровирусов, которые сумели заразить яйцеклетку или сперматозоид наших млекопитающих предков.
Особенность жизненного цикла ретровирусов состоит в том, что они встраивают свой собственный генетический код в ДНК хозяина. Обычная вирусная инфекция тела — временное явление.
Но если вирус проникает в репродуктивную клетку, его генетическая последовательность может передаваться от родителя к ребёнку, и через множество поколений она становится постоянной частью генома вида.
Это чрезвычайно редкое событие.
Вирус должен прикрепиться к ДНК сперматозоида или яйцеклетки таким образом, чтобы не убить клетку и не нарушить её работу.
Затем эта клетка должна стать одной из немногих, из которых образуется оплодотворённая яйцеклетка. Вирус внутри неё должен быть безвредным — или по крайней мере неактивным, — чтобы его можно было передавать на протяжении миллионов лет эволюции.
Тем не менее, вопреки всем вероятностям, это происходило достаточно часто, чтобы оставить детальную вирусную летопись внутри нас.
Фактически, около 8% человеческого генома составляют ERV.
Для сравнения: гены, которые действительно кодируют белки, составляют всего 1–2% нашей ДНК.
Так что, если судить по последовательностям, в вас больше вирусных фрагментов, чем собственных человеческих генов.
История 15-миллионной вспышки
Многие последовательности ERV разрушены и трудны для расшифровки. ERV-Fc — одно из исключений: её можно прочитать сравнительно легко.
Её историю восстановила группа биологов из Бостон-колледжа в 2016 году. Они исследовали геномы более чем 50 современных видов млекопитающих и обнаружили ископаемые следы ERV-Fc у более чем половины из них.
Эти следы оказались общими даже для таких далёких видов, как человек и зебра. Первая гипотеза заключалась в том, что вирус распространился на все эти виды от одного общего предка.
Но данные указывали на более сложную историю. Вместо одной единственной древней инфекции многие виды млекопитающих заражались этим типом вируса многократно.
Например, двенадцать изученных видов — среди них люди, панды и собаки — содержат более одной генетически различающейся последовательности ERV-Fc.
Это показывает, что пандемия представляла собой долгую цепь вспышек с эволюционирующими штаммами, охватывающими огромный промежуток времени.
У людей, например, найдено два разных вирусных «ископаемых» ERV-Fc.
Более древний из них отмечает инфекцию, которая поразила общего предка всех человекообразных обезьян между 20 и 16 миллионами лет назад.
Более молодой связан с африканской ветвью человекообразных — между 16 и 9 миллионами лет назад.
Пандемия была по-настоящему глобальной, охватив все континенты, кроме Антарктиды и Австралии, которые в то время были изолированы.
Именно поэтому у австралийских сумчатых — валлаби, тасманийских дьяволов и других — нет следов этого вируса в их геномах.
Используя метод молекулярных часов, исследователи построили эволюционное «родословное древо» вируса и датировали начало пандемии примерно 33 миллионами лет назад.
С тех пор вирус распространялся не менее 15 миллионов лет, самостоятельно перепрыгивая между видами как минимум 26 раз.
Некоторые из этих «переходов» сегодня кажутся странными — например, вирусная последовательность у дельфинов ближе всего к таковой у грызунов и кроликов. Это не значит, что дельфины когда-либо встречались с кроликами, — это лишь свидетельствует о сложной сети передачи инфекции через вымерших хозяев на протяжении миллионов лет.
Как распространялся древний вирус и что он мог вызывать
Одной из причин, по которой вирус мог заражать столь разных животных, было его умение обмениваться генами с другими вирусами — процесс, называемый вирусной рекомбинацией.
Это происходит, когда два разных вируса заражают одно и то же животное и при размножении обмениваются частями своих геномов.
Это естественный и довольно распространённый процесс, который помог ERV-Fc распространяться. Он же, вероятно, повысил его способность заражать клетки человека.
Похожие механизмы наблюдаются и у современных вирусов. Так, вирус SARS-CoV-2, вызвавший COVID-19, вероятно, получил способность эффективно заражать людей именно через такую рекомбинацию — между коронавирусами летучих мышей и панголинов.
Учёные обнаружили, что несколько рекомбинаций происходили и в истории ERV-Fc.
Похоже, вирус подхватывал гены других вирусов и штаммов, а возможно, и гены, которые помогали ему проникать в новые типы клеток. Благодаря этой способности к генетическому «перемешиванию» он сумел охватить весь мир млекопитающих.
Но что это был за вирус и какие болезни он вызывал?
По своей генетической структуре ERV-Fc относится к древним членам рода Gammaretrovirus.
Современные примеры — вирус лейкемии мышей и вирус лейкемии кошек.
Обычное последствие подобных вирусов — онкогенез, то есть они вызывают рак.
Мы никогда не узнаем точно, какие болезни вызывал ERV-Fc, потому что неизвестно, какие клетки он поражал. Подробности этой древней чумы, вероятно, останутся тайной навсегда.
Заключительные мысли
ERV-Fc напоминает нам, что пандемии — естественная часть истории Земли. Вирусные последовательности в нашем ДНК — это не просто реликвии далёкого прошлого.
Они доказывают, что вирусы переходили между видами миллионы лет подряд — и продолжают делать это сегодня.
Изучая эти молекулярные ископаемые, мы можем понять, как появляются, ведут себя и распространяются новые вирусы.
Это знание жизненно важно, если мы хотим предсказывать и предотвращать будущие вирусные угрозы.
От одного заражённого млекопитающего миллионы лет назад до ДНК, которую мы носим сегодня, история ERV-Fc показывает, что наш геном — это живая библиотека, хранящая длинную летопись выживания и бесконечной борьбы эволюции.