Читать книгу "Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги? - Майкл Кордингли"

Динамика инвазии ретровируса коалы стала очевидной в ходе эпидемиологических исследований популяций коал, обитающих в разных географических ареалах Юго-Восточной Австралии (Simmons et al., 2012; Tarlinton, Meers, Young, 2006). Встречаемость ретровируса коалы в северных популяциях приближалась к 100 %, а среднее число провирусов в геноме коалы достигало 150, в то время как в самых южных ареалах заболеваемость была смешанной. Здесь число копий вирусных геномов в каждой клетке колебалось от 1,5 до крошечных 0,0001 ретровируса на 1 геном, что сопоставимо по величине с экзогенной ретровирусной инфекцией. Коалы, обитающие на острове Кенгуру, отделенном от юго-западного побережья Австралии, представляют собой изолированную популяцию. В начале двадцатого века остров был искусственно заселен коалами, вероятно, завезенными с французского острова в провинции Виктория. На острове не обнаружили никаких признаков заражения ретровирусом коалы; вероятно, первая популяция животных была свободна от ретровируса. Более того, в противоположность популяциям коал на юго-востоке Квинсленда, где за восемнадцать месяцев наблюдения один коала из двадцати погиб от лейкемии, у коал острова Кенгуру не наблюдали никаких признаков этого гематологического заболевания. Эпидемиология синдрома приобретенного иммунодефицита коалы, представленная заболеваемостью и наличием ЭРЭ в геномах коал, позволяет предположить, что фронт заболевания распространяется с севера на юг. Вирус постепенно распространяется по популяции коал как в виде экзогенной вирусной болезни, так и в виде менделирующего генного локуса.

После первого открытия текущей эпидемии и инвазии ретровируса в геном коалы накопилось много вопросов, на которые у нас пока нет ответов. Самые главные из них следующие: когда вирус проник в популяцию коал и каково его генетическое происхождение? Каковы будут последствия для пораженного вида коал? С первым из этих вопросов практически удалось справиться. Предположение Талинтона и его коллег о том, что ретровирус коал попал в популяцию австралийских коал в течение последних ста лет, побудило группу под руководством Алекса Гринвуда из зоологического института в Берлине поискать вирус в зоологических музеях мира. Ученые использовали специальные методики для экстракции и изучения древней ДНК (Avila-Arcos et al., 2013). Эти пробы отличались большой неустойчивостью, а количество ДНК, добытой для анализа нуклеотидных последовательностей, могло быть поистине мизерным. Тем не менее из двадцати восьми шкурок музейных коал, собранных, самое позднее, в конце девятнадцатого века, ученым удалось секвенировать последовательность митохондриальных ДНК из восемнадцати образцов. Это была контрольная работа, которая подтвердила, что методика работает. Из этих восемнадцати образцов только в трех не удалось обнаружить ретровирус коалы, и из трех два образца поступили в музей из Южной Австралии. Пятнадцать из шестнадцати образцов, содержали в своих клетках ДНК ретровируса коалы. Более ста лет назад вирус уже присутствовал у большинства представителей популяции коала. Примечательно, что распространение вируса в популяции происходило так медленно. Авторы предположили, что так произошло в результате того, что коалы преимущественно ведут одиночный образ жизни, а также из-за того, что популяции коал часто изолированы друг от друга географическими барьерами.

Выяснение происхождения ретровируса коалы оказалось более трудной задачей. Вместе вирус лейкемии гиббона и ретровирус коалы представляют самостоятельный монофилетический таксон внутри порядка гамма-ретровирусов; несомненно, что оба они произошли от одного и того же предка. Происхождение вируса лейкемии гиббона остается не вполне ясным; впервые он проявил себя как патоген, который вызвал эпидемию лейкемии и лимфомы у содержавшихся в неволе гиббонов – в Тайской колонии приматов в 1972 году. После этого в клетках азиатских грызунов был выявлен эндогенный ретровирус, по своим антигенным свойствам сходный с вирусом лейкемии гиббона, и этот ретровирус был способен инфицировать клетки приматов. Отсюда можно вывести принципиальную возможность, что эндогенный мышиный ретровирус вызвал инфекцию у гиббонов в результате межвидовой передачи (Tarlinton, Meers, Young, 2008). Очевидно, что ЭРЭ одного вида могут быть резервуаром, из которого вирусы могут инфицировать хозяев других биологических видов. Остается вопрос о том, откуда появился ретровирус коалы; коала не встречается в ареалах обитания азиатских грызунов или гиббонов. Только недавно появилась надежда на решение. Ученым Квинслендского университета удалось идентифицировать новый эндогенный ретровирус из автохтонного австралийского Melomys burtoni (Simmons et al., 2014), который мог оказаться недостающим эволюционным звеном между вирусом лейкемии гиббона и ретровирусом коалы. Возникла соблазнительная гипотеза о том, что межвидовой перескок ретровируса Melomys burtoni от полевого грызуна к коале вызвал у последних эпидемию. Но мы все равно остаемся в недоумении: азиатские грызуны не водятся в Австралии. Объединяющая теория происхождения вируса лейкемии гиббона и ретровируса коалы может дождаться открытия третьего хозяина.

Генетическое родство вируса лейкемии гиббона и ретровируса коалы не вызывает никаких сомнений: они являются самыми близкими генетическими сородичами. В некоторых лабораториях попытались проследить эволюционные изменения, которые могли происходить во время текущей эпидемии инфекции ретровируса коалы, и его прогрессирующую эндогенизацию в геном коалы. Примечательно, что, в то время как ретровирус коалы имеет относительно низкую вирулентность, его азиатский аналог, поражающий гиббонов, является чрезвычайно агрессивным возбудителем. Две мотивирующие последовательности – одна в гене gag, а другая в гене env – связаны с вирулентностью у родственных гамма-ретровирусов. В ретровирусе коалы каждый из этих мотивов мутировал (то же самое обнаружилось при исследовании музейных проб, собранных в девятнадцатом веке). Замена этих мотивов в вирусе лейкемии гиббона мотивами из генома ретровируса коалы привела к снижению вирулентности вируса (Oliveira et al., 2007). Ученые раздумывают, произошла ли эта дивергенция после того, как началась эпидемия заболевания, вызванного ретровирусом коалы, или это изменение было непременным условием способности вируса инфицировать коал. Является ли этот ослабленный фенотип ретровируса коалы секретом его способности инфицировать половые клетки коалы? Весьма возможно, что вирус лейкемии гиббона, исключительно экзогенная инфекция, слишком патогенен для того, чтобы колонизовать половые клетки примата. Подобная гипотеза была расширена для объяснения редкости эндогенных лентивирусов в геномах позвоночных (к настоящему времени таковых описано только два); патогенность этих вирусов может помешать образованию жизнеспособной зиготы.

Исход эпидемии, обусловленной ретровирусом коалы, вызывает большую озабоченность (Stoye, 2006). В разобщенных ареалах в настоящее время обитают менее 50 тысяч диких коал. Ограниченность возможностей такой маленькой популяции пережить текущую эпидемию очевидна. Вероятно, такую же озабоченность экологов вызывает тот факт, что наблюдение геномов популяций коал выявило, что они отличаются весьма ограниченным генетическим разнообразием. Популяция животных уже прошла свое бутылочное горлышко, вероятно, либо в результате инфекционной болезни, либо претерпели депопуляцию вследствие хищнической охоты. Как бы то ни было, сегодня генофонд коал относительно однороден, и этот факт говорит о большом риске вымирания в результате инфицирования ретровирусом коалы. Популяция может оказаться неспособной обеспечить генетическую вариабельность, достаточную для того, чтобы конкурировать с вирусом в развертывающейся гонке вооружений. Колонизация зародышевой линии клеток создает сильное давление отбора на геном коалы, заставляющее его создавать механизмы ограничения, способные смягчить патогенность ретровируса. Гонка вооружений уже набирает обороты, так как уже были выделены первые вариантные штаммы ретровируса коалы с измененными лигандами к клеточным рецепторам. Можно предполагать, что эти новые штаммы имеют эволюционное преимущество. Обладание эндогенным ретровирусом может обеспечить иммунитет в отношении суперинфекций диким типом вируса и смягчить течение заболевания, уменьшив виремию. Варианты вируса, способные проникать в клетку альтернативными путями, могут обойти защитные барьеры и сохранить патогенность. Экзогенный ретровирус коалы, РНК-содержащий вирус, демонстрирует эволюционную подвижность и уже адаптируется для преодоления защиты хозяина и сохранения инфекционности. Ответит ли популяция коал с такой же живостью и изобретательностью, несмотря на малочисленность и генетическое однообразие, или коал ждет вымирание?