Вирус – очень особенная сущность, его точная природа еще до конца не изучена. Особенность заключается прежде всего в том, что он расположен на границе живой и неживой материи. Такая позиция уже сама по себе загадочна, если не сказать – алхимична. В повседневной жизни мы привыкли различать живое и неживое: камень – вода, птица – воздушный змей, человек – робот и т. п. И даже если нечто органическое мертво на 99 %, как герой одноименного фильма, то оно все равно считается живым.
С вирусами все сложнее, они – на границе этих двух категорий и они сильно старше любого живого организма. Возраст класса коронавирусов порядка 2 млрд лет, а одному из самых старых органических сущностей, недавно обнаруженной зеленой водоросли по имени Proterocladus antiquus – около 1 млрд лет. Впрочем, у некоторых исследователей имеются сомнения относительно такой ее старины, поскольку вроде бы в ней нашли признаки дифференциаци клеток, что говорит о ее более молодом возрасте, возможно, порядка 800 млн лет.
Вирусы старше всего живого на нашей планете, включая эукариот – живых организмов, содержащих ядро, которые появились 2,1-1,6 млрд лет назад и которых, по-видимому, можно считать родителями всей органики на планете. У этих эукариот генетический аппарат клетки находится в ядре и защищен от угроз внешней среды ядерной оболочкой, их ДНК линейная и связана с белками-гистонами и хромосомными белками, отсутствующими у бактерий. Помимо этого, клетки эукариот имеют так называемые органеллы – митохондрии и пластиды – обладающие своим генетическим аппаратом и способностью к дифференциации, размножению. Известно, что структура органелл сильно похожа на бактериальную, что говорит об имевшем место симбиозе между эукариотами и бактериями – «межрасовые браки» эпохи протерозоя – и чего не случилось с прокариотами, последние обладают малым количеством органелл и у них нет двойной мембраны, как у эукариот.
На фоне этой вполне продвинутой органической жизни, вирусы кажутся бедными родственниками, точнее – не родственниками, а люм пенами, приходящими на огонек в рабочие бригады. Вирусы – бесклеточные существа, или агенты, они могут функционировать и размножаться только внутри чужих клеток, то есть в среде органиков, а некоторые – других вирусов. Что интересно не только с биологической, но и с метафизической точки зрения: природа запрограммировала в жизни наличие постоянной угрозы самой этой жизни. Или иначе: сама природа и есть состояние постоянного сражения между органической жизнью и ядом – слово virus на латыни «яд».
Еще давно Фридрих Ницше обратил внимание на борьбу Эроса и Танатоса, он был склонен описывать человеческую историю именно в этих терминах. Кому-то такая двуполярная структура покажется излишне упрощенной или вообще неверной, мол, ну сколько можно нам проповедовать манихейство с его бинарным кодом?
Сегодня, как мало, наверное, когда, мы снова убеждаемся в справедливости этой модели. Более того, мы в ней убеждаемся каждый раз, когда оказываемся перед лицом настоящей опасности – не тупых фантазий политкорректных чиновников, рассаженных по миру для изготовления фашизоидных протоколов и инструкций: как нам себя вести, кого и как любить, что и когда говорить, потому что в противном случае мы можем обидеть какое-нибудь очередное меньшинство или новую группу защитников своих прав, – а опасности выживания. Но как бы мы ни относились к подобной культурологической простоте, существующей по модели Эроса и Танатоса, в природе пока не придумано ничего более оптимального.
Так же в сущности функционируют и клетки нашего организма. Будучи сложнейшим и одним из самых красивых механизмов в известной нам Вселенной, включая ее самую, клетка, если грубо, представляет собой микро-ГЭС, гордость экономики СССР, – фабрику по производству энергии из внешних ресурсов. Каждый день в нас умирают множества клеток, чтобы на их месте родились новые, и так всю нашу жизнь. Эта работа не останавливается ни на мгновение, она продолжалась и в семнадцати мгновениях весны, как у известного советского разведчика, так и у его немецких врагов. Потому что, как биологические существа, вне нашей принадлежности к тому или иному политическому режиму, религии или расе, мы тоже являемся мобильной фабрикой, только большего масштаба.
Если кому-то не нравятся ницшеанские категории «Эроса» и «Танатоса», если кого-то смущает их метафоричность или поэтичность, замените их на живое vs. ядовитое, лечащее vs. убивающее, самостоятельное vs. зависимое… Все эти пары будут справедливы и в большей или меньшей степени сгодятся для описания взаимоотношений между организмом и вирусом. Следует задуматься: то, что в эпоху протерозоя, т. е. порядка 2,5 млрд лет, а возможно и раньше, в эпоху архея – мы знаем, что уже в палеоархее (3,5 млрд лет) существовали бактерии, клеточные субстанции[7], – начали возникать вирусы, означает, что природа не предусмотрела наличие инварианта, идеального носителя всех качеств. Уже на самых ранних этапах биоцивилизации она разделила мир на живое и ядовитое – вероятно, это самый оптимальный режим для самоусовершенствования, который нам тоже следует принять во внимание, но об этом позже.
Вирусы сконструированы очень хитрым способом: они способны заражать все три так называемые домена жизни. Напомню, что «трехдоменную» биологическую классификацию в 1977 году предложил американский микробиолог Карл Вёзе (1928–2012), прежде всего известный как создатель нового научного направления, молекулярной филогенетики и изобретатель рРНК часов: он показал, что скорость эволюции рРНК является в целом постоянной, а если так, это дает совершенно иные возможности для исследований эволюционной биологии. Три домена жизни, по Вёзе, – это бактерии, эукариоты и открытые им археи, одноклеточные организмы, лишенные ядра. Все трое являются родственниками – насколько близкими? – предмет научных споров, но их родство доказывается схожестью у бактерий и архей размера и формы клеток, хотя бывают исключения, ну это как всегда. При этом часть ген и метаболические пути архей, например, ферменты, служащие катализаторами транскрипции и трансляции, имеют много общего с эукариотами. Есть и отличия: липиды в мембранах клетки.
Археи являются автотрофами, или хемоавтотрофами (от др.-греч. αὐτός – сам и τροφή – пища), своего рода первыми алхимиками на Земле – они научились синтезировать органические вещества из неорганики и благодаря этому своему замечательному умению по праву занимают первую ступень в пищевой цепочке; мы, вероятно, последнюю. Археи потребляют гораздо больше энергии для жизни, чем эукариоты, и их самочувствие – в этом они с нами похожи – напрямую зависит от количества солнечного света. Интересно, что в 2016 году группа ученых-биологов, Лаура Хаг, Брет Бейкер, Картик Анантараман, Кристофер Браун и Александр Пробст, в журнале Nature Microbiology опубликовали обновленную версию филогенетического древа, где большую часть мирового биопространства, а по-простому Lebensraum’а, занимают бактерии. Да, это мы живем на их планете, а не они на нашей.
Словом, вирусы устроены так, что они могут заражать все три перечисленных домена. Они практически вездесущи. Для криминалиста, расследующего преступления вирусов, точнее – для судмедэксперта, который бы хотел разобраться в криминогенной истории этого преступника, важно обратить внимание на связь между вирусами и вирусными белками, которые предшествовали трехдоменному разделению жизни и которые уходят своими корнями к тому, что сегодня принято называть в науке «последний общий универсальный предок» (Last Universal Common Ancestor, LUCA), по-русски лучше ПОУП, звучит так же, как имя английского поэта XVIII века, переводчика «Илиады» Гомера на английский язык. Этот ПОУП жил 3,8–3,5 млрд лет, в палеоархейскую эпоху, и был, исходя из наших сегодняшних знаний, прародителем всего живого на планете.
Если вирусы относятся к ПОУПу как поэты Серебряного века к Пушкину, то мы вполне обоснованно можем утверждать, что возникновение яда в органическом мире совпадает по времени с моментом начала дифференциации самой жизни. Интересный, опять же в метафизическом аспекте, вопрос: почему так случилось? Не важно, верим ли мы в создателя, панспермию или Дарвина – почему возникновение различных форм живой органической материи достаточно быстро натолкнулось на необходимость сражаться с ядом, который стал угрожать и угрожает до сих пор ее существованию? Сама наука, как правило, не задается вопросом «почему», он ей кажется непрактичным, второстепенным; ее интересует «как», но поскольку мои здесь размышления не являются научными хотя бы уже потому, что я не биолог и не вирусолог, то вольность поразмышлять на тему «почему» вполне допустима.
Сегодня существуют три основные гипотезы генезиса вирусов: регрессивная, клеточного происхождения и гипотеза коэволюции. Первая, регрессивная гипотеза, говорит нам о том, что когда-то – в ту же палеоархейскую эпоху или еще раньше – вирусы были клетками, которые жили за счет других, более крупных клеток. Но, как известно, паразитический образ жизни до добра не доводит, недаром в СССР боролись с паразитами и тунеядцами, – и со временем у этих клеток-тунеядцев отпали те гены, которые оказались лишними, не задействованными в трудовых буднях. Ну как если вы не тренируете память, то повышаете риск пополнить ряды больных Альцгеймером, а если совершенно не занимаетесь спортом, то сильно понижаете физические возможности вашего тела. Иными словами, неработающие клетки потеряли способность к самовоспроизводству, для этого им нужен «хозяин», которого вирус сначала отравит, а потом заставит работать на себя. Если по Гегелю: раб превращается в господина своего господина.
В подтверждении этой гипотезы дегенерации приводят случаи с бактериями, а именно одноклеточными риккетсиями и хламидиями, которые способны размножаться только внутри другой клетки. Риккетсии, известные как возбудители пятнистой лихорадки Скалистых гор – инфекционное заболевание, которое переносит неприятный клещ Dermacentor andersoni, – взяли фамилию своего открывателя, американского биолога Ховарда Риккетса (1871–1910), погибшего от тифа в Мексике. В начале 1980-х годов технику культивирования риккетсий изобрел французский врач Дидье Рауль, работающий сегодня в Средиземноморском институте инфекционных болезней. В середине марта 2020-го Рауль выступил в прессе с заявлением, что нашел вакцину против коронавируса, а ученый он серьезный, и сказал он это явно не для хайпа, но заботливое французское правительство, всегда верное своим высоким принципам, вместо того, чтобы немедленно дать разрешение на испытание препарата, способного остановить развитие инфекции на ранней стадии, решило углубиться в дела бумажные, выяснить, насколько он соответствует современным нормам и протоколам.
Вторая гипотеза говорит о клеточном происхождении вирусов. В те же древние времена фрагменты ДНК и РНК могли по каким-то причинам отпочковаться от основной цепочки генома «господина», крупного клеточного организма, и зажить отдельной, но зависимой от последнего жизнью. Это могло произойти с трансмидами, молекулами ДНК, способными к межклеточной миграции, и транспозонами, блуждающими молекулами внутри одного генома. Транспозоны (transposons, mobile elements) обнаружила в 1950 году американский цитогенетик Барбара МакКлинток (1902–1992), и с тех пор они прочно вошли в корпус штудий по эволюционной генетике.
Место МакКлинток на научной карте США примерно то же, что у Николая Вавилова в СССР, но ей повезло значительно больше: несмотря на то, что ее работы по генной регуляции и «контролирующим элементам» хромосом были оценены далеко не сразу, а некоторыми коллегами воспринимались даже враждебно, ее все же никто не обвинял в продвижении заведомо ложной теории и у нее не было своего Александра Хвата, который бы пытал ее по ночам, выбивая признания[8].
Полюбив еще в молодости кукурузу не меньше, чем годы спустя Никита Хрущев, МакКлинток продолжала ею заниматься на протяжении всей своей научной карьеры, сделав ряд важнейших открытий, в том числе рекомбинации наследственной информации как следствие crossing-over’а, что изменило наши представления о геноме как статичной структуре, передающей эту информацию от одного поколения другому intactus. МакКлинток пришла к своим открытиям благодаря изучению поведенческих моделей геномов, или паттернов, из которых, как она верила, состоит вся природа без исключения. Как отмечал исследователь ее творчества Натаниэль Комфорт, «паттерн – это точка отсчета для понимания сути контролирующих элементов, открытых МакКлинток, и кроме того ее уникального взгляда на природу. Она была особенно чутка к нюансам таких паттернов, которые давали ей ключ к поведению хромосом…»[9]
Во многом открытие МакКлинток транспозонов произошло в результате тщательного изучения геномных девиаций, сломов в поведении и новых сращений тех или иных хромосом (в частности, в 1939 году с помощью рентгеновского аппарата она изучила поведение нормальной и анормальной, перестроенной 9-ой хромосомы), что в конечном счете ведет к увеличению хромосомного разнообразия. Этот же процесс, как выяснила МакКлинток, оказался ответственным за вариегантность, или пестролистность, у растений. Вирусы, однако, не дремлют и в этом мире прекрасного. Они поражают листья растений, симптомом чего, как правило, является образование узоров; например, мозаичный вирус, производящий на листе своеобразные мозайки, или цитрусовый вирус, принадлежащий семейству Bromoviridae, который заражает листья лимонных и грейпфрутовых деревьев. Поэтому, если вы разглядываете замысловатую мозайку на листе лимонного дерева, не спешите видеть в ней извечную красоту природы.
Третья гипотеза – коэволюция. Речь в ней идет о том, что вирусы произошли из комплексов белков и нуклеиновых кислот в ту же эпоху, что и первая клеточная жизнь. Не забудем также и о вироидах, которые не являются вирусами, поскольку не имеют внешнюю белковую оболочку, капсид, и состоят только из кольцевой РНК, но при этом играют огромную роль в патогенезе растений, используя клетку-хозяина для репликации. Вироиды были открыты в 1971 году швейцарским фитопатологом Теодором Динером, изучавшим патогенез картофеля, или проще говоря, существенную деформацию клубня, который был замечен агрономами на полвека раньше – пораженное растение утрачивало обычную форму и становилось веретеновидным. Динер предположил, что картошка заболевает не от какого-то неизвестного вируса, а от агента нового вида, чьи размеры значительно меньше вирусных, и это оказалось правдой. Вироид, поразивший столь важный для человечества продукт, оказался на восемь порядков меньше стандартных размеров вируса. Позже, в середине 1970-х, микробиолог Вольфрам Зенгер и его коллеги провели углубленное изучение этого картофельного вироида и пришли к выводу, что причиной деформации формы клубней является конкретный патоген – одноцепочная, ковалентно замкнутая молекула РНК, имеющая плотную палочковидную структуру (подробности ее морфогенеза я опускаю[10]). Иными словами, этот вироид прокрался в клетку картофельного клубня, запустил процесс РНК-сайленсинга в уже известной нам эукариотической клетке, когда вместо защиты последней от вирусов происходит блокировка определенных генов, невозможность их экспрессии, в результате чего клетка-хозяин заболевает.
Уже в конце 1980-х Динер предположил, что вироиды являются древнейшими реликтами, они могли появиться на Земле еще до самих вирусов и представлять доклеточный РНКовый тип жизни. Через тридцать лет Динер вернулся и дополнил свою теорию новыми наблюдениями (кстати, сегодня ученому 99 лет и он еще вполне в форме), которые многими из его коллег принимаются, хотя и не без оговорки об альтернативных источниках происхождения органики.
Подытожим – у нас есть три главных гипотезы о том, как возникли вирусы: регрессивная, предлагающая рассматривать вирусы как своего рода падших ангелов; клеточного происхождения, рассматривающая вирусы как этакий правый уклон – помним слова тов. Сталина, «правый уклон в коммунизме в условиях капитализма означает тенденцию ‹…› к отходу от революционной линии марксизма в сторону социал-демократии» – в нашем случае, революционная линия означает развитие жизни по клеточному сценарию; и гипотеза коэволюции, согласно которой вирусы пошли по самостоятельному пути развития, используя тот же материал, что и клетки. К тому же, благодаря открытию Динера, мы еще знаем о вироидах – носителей доклеточной реликтовой формы жизни.
Большинство вирусологов и биологов согласны с тем, что каждая из этих трех теорий объясняет какой-то важный аспект вирусного Dasein, как бы сказали старые немецкие авторы – Гегель или его нацистский комментатор, – но при всем том остается немало вопросов, и ни одну из этих теорий нельзя считать полной. Например, мы так и не знаем, почему микропаразитические организмы не являются вирусами? Каким образом вирусы, отпавшие от своих клеток, приобретают капсид? А если действительно имела место коэволюция, то почему вирусы не воспользовались древним естественным правом и не приобрели себе клетку, а предпочли вести зависимое существование? Очевидно, что с точки зрения оптимизации жизни и эволюционного процесса, если мы дарвинисты, постоянная жизнь при ком-то – не самый хороший вариант. А если мы, как Ньютон, верим в сверхразумного Демиурга, то тем более не понятно, зачем ему было создавать столь бессмысленных, всем досаждающих существ?
Снова возник запрещенный в строгой науке вопрос «зачем», но оставаясь в рамках метафизики, мы можем выдвигать гипотезы. Например, такую: вирусы оказались необходимыми для того, чтобы ввести все клеточные существа в режим постоянного выживания. Это нужно даже не столько ради какой-то высшей цели, которой у природы, если ей не приписывать божественного аспекта, может просто не быть, а для диверсификации самого процесса распространения жизни. Нет сомнений в том, что диверсифицированная система гораздо стабильнее и успешнее в плане адаптации к внешней среде. Вирусы в процессе своего развития выработали гиперадаптационные способности, благодаря которым они способны перестроить иммунитет – платформу, на которой строится вся коммуникация органических существ с внешней средой. Белок коронавируса, к примеру, снимает врожденную иммунную защиту своего хозяина, обезоруживая его таким образом перед средой.
Другая гипотеза состоит в том, что вирусы – это параллельный путь развития и хранения геномной информации, возможно, на тот случай, если ДНК-мир исчезнет, что отчасти коррелируется с «РНК-мировой гипотезой», впервые высказанной Карлом Вёзе, а затем развитой Лесли И. Орджелом и Уолтером Гилбертом. Поскольку РНК у вирусов берет на себя функции ДНК у живых организмов, то можно было бы предположить, опять же не выходя за рамки естественной метафизики, что вирусы играют роль backup’а. И чтобы backup был всегда в форме, они не прячутся в потаенных пещерах цивилизации, словно «великие учителя» в Шамбале, а находятся в постоянном взаимодействии с органической жизнью.
Первооткрывателем вирусов считается Антони ван Левенгук (1632–1723), голландский торговец, натуралист который их увидел в сконструированный им самим микроскоп. Микроскоп Левенгука был прорывным техническим изобретением, хотя имел ряд ограничений в силу несовершенства линз, которые тем не менее давали увеличение примерно в пятьсот раз. С его помощью Левенгук смог увидеть крошечных существ, без хвоста и очень юрких. Встреча с неизвестным дотоле миром оказалась столь внезапной, что научный истеблишмент поначалу не поверил сообщению натуралиста. В 1676 году к Левенгуку прибыла ученая делегация во главе с другим выдающимся натуралистом, англичанином Неемией Грю, автором «Анатомии растений» (1682), открывший у них органы размножения, которая подтвердила подлинность сообщения голландца.
Медицина XVII века считала, что источник всех болезней находится внутри организма, патогенный механизм мыслился исключительно как внутренний, влияние внешних факторов, а тем более невидимых глазу, не рассматривалось. Эту парадигму было не так легко сломать, и во многом это произошло благодаря очередной эпидемии чумы, пришедшей в последней трети XVIII века в Россию. Екатерина II не представляла размеры бедствия, вероятно, от нее их скрывали, и должные карантинные меры приняты не были. Чума быстро распространилась по городам, сея панику и смерть. Летом 1771 года в больницу при Николо-Угрешском монастыре, построенном в честь победы на Куликовом поле, прибыл молодой медик Даниил Самойлович (1744–1805). Он мгновенно занялся лечением зараженных, расчитывая только на свои силы. Кроме него врачей в монастырской больнице не было. Смертность росла с каждым днем, погибал почти весь медперсонал, и Самойлович начал изобретать меры защиты, которые оказались действенными. Он понял, что основное заражение происходит через дыхание и телесный контакт, поэтому все помощники могли подходить к больным только в самодельных масках в халатах, пропитанных уксусом и смазанных дегтем. Это тут же снизило количество и скорость заражений среди медперсонала. Вдобавок сам врач, который лично вскрывал бубоны на теле пациентов, носил окуренную одежду тех, кто уже умер от чумы.
Революционная идея Самойловича состояла в том, что он первый начал готовить прививки из содержимого бубонов. Ослабляя агента болезни, который по понятным причинам оставался для него невидимым, он превращал его из убийцы в спасителя. После победы в чумной войне Даниил Самойлович отправится в Европу продолжать обучение, опубликует серию работ, где изложит свои взгляды на происхождение Черной смерти, и внесет огромный вклад в развитие акушерства.
Коллега и современник Самойловича, английский врач Эдвард Дженнер (1749–1823) пошел по тому же пути, применил вакцину против натуральной оспы – одной из самых страшных болезней той эпохи. Идея была очень похожей: использовать материал болезни для борьбы с ней. На протяжении долгого времени Дженнер изучал литературу по народному врачеванию. Он заметил, что издревле, и в самых разных культурах, люди интуитивно стремились построить защиту от болезни таким способом, вводя оспенный гной в тело больного или приготавливая специальный раствор из оспенных корочек. Кто-то после этого умирал, кто-то переносил заболевание относительно спокойно и выздоравливал. Мысль понятна, люди стремились привить своим зараженным иммунитет – почти магическое действие, учитывая, что это делалось без какой-либо теории, на чистой интуиции.
Однажды и сам Дженнер решился на подобный эксперимент. Собрав материал коровьей оспы на руке одной доярки, заразившейся этой болезнью, не опасной для человека, Дженнер стал постепенно, малыми дозами его вводить здоровому восьмилетнему мальчику по имени Джим Фиппс. После нескольких недель таких сеансов Дженнер стал заражать Фиппса уже натуральной оспой, врач проделал этот трюк два десятка раз, но ребенок так и не заболел. Хотя Фиппс остается сегодня самым известным «первым» вакцинированным человеком в Европе, он таковым на самом деле не является. Несколькими годами ранее учитель из города Киля, Питер Плетт, таким же точно способом вакцинировал трех школьников, используя ту же коровью оспу. А в 1774 году, когда очередная эпидемия оспы стала накрывать Англию, фермер из Йетминстера, Бенджамин Джести, вакцинировал коровьей оспой себя и свою семью, используя иглу для пошива мешков. Несмотря на косые взгляды соседей, которые расценили поступок Джести как варварский, эксперимент оказался удачным и даже был оценен (в прямом смысле слова) правительством Уильяма Питта Старшего.
Наука пришла к открытию вирусов позже, в конце XIX века, когда микробиолог Дмитрий Ивановский (1864–1920), занимавшийся болезнями растений, в 1892 году открыл вирус табачной мозайки, поражающий все растения рода Nicotiana. Табачной мозайкой также занимался голландский ботаник Мартин Бейеринк (1851–1931), опиравшийся в этом на труды немецкого агронома Адольфа Майера, который находил причину табачной мозайки в бактериальном заражении растений, что оказалось неверным. Бейеринк опроверг это мнение, в своих исследованиях он показал, что растения заболевают от микроскопических агентов, которые, как он считал, имеют жидкообразную природу и способны редуплицироваться в организме хозяина. Вместе с Пастером или независимо от него, он назвал их «вирусами».
На самом излете XIX века два немецких микробиолога, Фридрих Лёффлер (1852–1915) и Пауль Фрош (1860–1928), сражались с крайне неприятным недугом под названием «ящур», атакующим грызунов, кур и крупных животных. Он принадлежит к семейству пикорнавирусов, имеющих как правило форму икосаэдра. Кстати, эти икосаэдры весьма опасны и для человека, они являются возбудителями полиомиелита, ринита и гепатита А, среди прочих. Тогда Лёффлер и Фрош этого еще не могли знать, но именно сражаясь с ящуром, эти ученые в 1898 году открыли субстанцию, которая, в отличие от бактерий, свободно проходила сквозь фарфоровые фильтры. Эта субстанция или агент была идентифицирована ими как единственный возбудитель болезни. Так возникла вирусология – наука о бесклеточной жизни.