Вирусы питаются: Что такое вирус, где он живет и чего хочет — объясняем сложные вещи простыми словами | Громадское телевидение

Что такое вирус, где он живет и чего хочет — объясняем сложные вещи простыми словами | Громадское телевидение

1

Что такое вирусы?

Это первые живые организмы на планете и одновременно — провокаторы болезней.

Возбудители заболеваний бывают разные: в виде клетки (это бактерии), в более мелкой форме — это вирусы.

Но не думайте, что вирусы — какие-то простаки по сравнению с бактериями. Это не так, ведь они живые, у них есть ДНК или РНК, они способны к мутациям, размножению и выживанию в сложных условиях.

2

Когда возникли вирусы и в чем их польза?

Считается, что вирусы являются аборигенами нашей планеты.

Есть версия, что они попали на Землю в момент ее создания, потому что они живут и в космосе.

Если принимать во внимание, что с вирусов началась жизнь на нашей планете, то вирусы — это хорошо.

Когда-то эксперимент доказал, что в условиях полной стерильности организм является нежизнеспособным. Это доказывает необходимость для нас контактировать с вирусами. Они суперважны для иммунной системы.

Вы знаете, что у медиков существует понятие «сопливый возраст»?

Он длится от 2 до 9 лет, когда дети часто болеют. Это абсолютно нормальный процесс для нашей жизни. Так дети знакомятся с вирусами, производят против них естественное оружие (иммунитет) и адаптируются к жизни на планете.

Чтобы мы создавали больше важных материалов для вас, поддержите hromadske на платформе Спільнокошт. Любая помощь имеет большое значение.

3

С чем их не стоит путать и почему?

Вирусы нельзя путать с бактериями, особенно во время лечения.

Например, антибиотики не лечат от вирусов. Антибиотики существуют для лечения от бактерий.

Вирусы — это, например, грипп, простуда, корь, свинка, краснуха, полиомиелит.

А бактериальные болезни — это, например, туберкулез, тиф, холера или ангина.

Бактерии вызывают другие симптомы и характер развития болезни, чем вирусы. Потому что это сложная форма жизни.

4

А где живут вирусы и что они любят?

Вирусы больше всего любят жить в живом организме — человека, животного или растения. Именно в организме вирусы занимаются любимым делом — размножением.

Но они умеют выживать и вне организма. В основном где-то на дверных ручках, столах, перилах маршруток и других поверхностях.

Продолжительность их жизни вне организма зависит от благоприятности условий. Вирусы любят низкую температуру, влажность, туман. При таких условиях им легко мигрировать от человека к человеку.

5

Как и для чего вирусы попадают в организм?

Для размножения. Потому что самовоспроизводство — это смысл их жизни. Лишь в организме вирусы могут продолжать свой род, ведь для этого им нужна клетка.

Стоит понимать, что вирусы не появляются у людей из-за забытой дома шапки, холодного лимонада или расстегнутой куртки.

В природе вирусы живут всегда, но погода влияет на их способность выживать вне организма и быстро мигрировать от человека к человеку.

Словом, нынешняя зима — идеальное время для вирусных заболеваний.

6

Как спастись от вирусов?

Обязательный шаг номер один — вакцинация.

Универсальной вакцины не существует. Отдельные вакцины спасают, например, от вирусных болезней, которые называют «обязательными» в жизни человека: краснухи, ветрянки, кори и тому подобных. Избежать этих вирусов — уже большая победа. К сожалению, до сих пор люди иногда умирают от кори или полиомиелита.

Шаг номер два — гигиена.

Как вы уже знаете, вирусы могут жить на разных поверхностях. Коснуться дверной ручки, на которой находится вирус, а затем облизать палец или почесать глаза — значит заболеть.

Защититься от вирусов помогает комплексный подход, говорит иммунолог Федор Лапий. «Сопливый возраст» тренирует иммунную систему, вакцинация уберегает от «обязательных» болезней, а гигиена и осторожность — наши элементарные меры безопасности:

«Маска нужна больному, чтобы не инфицировать других. Ваши чистые руки имеют значение и для других людей. Поэтому здесь вопрос социального договора, иными словами — ответственности».

«Полезные пожиратели». Что будет с нами, если все вирусы исчезнут?

• Рейчел Нюэр
• BBC Future

28 июня 2020

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Вот так выглядел вирус испанского гриппа, в 1918 году унесшего жизни от 50 до 100 млн человек (по разным оценкам)

Если бы все вирусы вдруг исчезли, мир стал бы совершенно другим — и не факт, что лучше. Что же было бы с нами без вирусов? И что значит «убить победителя»?

Глядя на пугающие картины пандемии Covid-19, разворачивающиеся, благодаря СМИ и соцсетям, перед глазами всего мира, можно подумать, что вирусы только для того и существуют, чтобы поставить человечество на колени и уморить как можно больше людей.

За прошедшее тысячелетие болезни, ими порождаемые, унесли бесчисленное количество жизней. Некоторые из вирусов убивали значительную часть населения планеты: жертвами эпидемии испанского гриппа в 1918 году стало, по разным оценкам, от 50 до 100 млн человек, еще 200 млн, как считается, умерли от оспы только в XX веке.

И нынешняя пандемия Covid-19 — лишь очередной случай из бесконечной серии нападений смертельных вирусов на человечество.

Большинство из нас сейчас, если бы нам вручили волшебную палочку и предложили ею взмахнуть, чтобы избавиться от всех вирусов на планете, с радостью согласилось бы.

Боюсь, это было бы смертельной ошибкой. Фактически, куда более смертельной, чем любой из самых свирепых вирусов.

«Если бы все вирусы вдруг разом исчезли, мир стал бы прекрасен — примерно на день-полтора. А потом мы бы все умерли, вот и всё, — говорит Тони Голдберг, эпидемиолог из Университета Висконсин-Мэдисон. — Те важнейшие вещи, за которые отвечают вирусы, значительно перевешивают зло от них».

В общем, как говорит Сусана Лопес Шаритон, вирусолог из Национального автономного университета Мексики, «без вирусов нам конец».

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Некоторые вирусы сберегают здоровье грибам и растениям

Большинство людей даже не догадывается о том, какую роль играют вирусы в жизни на Земле, обращая внимание только на те из них, которые нас убивают.

Почти все вирусологи изучают исключительно патогены, и только недавно несколько ученых решились исследовать вирусы, благодаря которым живы мы и наша планета.

Благодаря этой маленькой группе исследователей мы, возможно, получим более сбалансированный взгляд на мир вирусов. Оказывается, есть среди них и хорошие, причем таких — подавляющее большинство.

Но одно ученые точно знают уже сейчас: без вирусов наша планета, какой мы ее знаем, перестала бы существовать. Да и если бы мы даже задались целью истребить все вирусы на Земле, это практически невозможно.

Но представив, каким был бы мир без вирусов, мы сможем лучше понять, насколько они важны для нашего выживания, и как много нам еще предстоит узнать об этих микроскопических, простейших формах жизни, с которыми всё непросто.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Без вирусов наша планета перестала бы существовать

Для начала скажем, что ученым даже неизвестно, сколько всего вирусов существует. Официально классифицированы тысячи, но их — миллионы.

«Нами открыта лишь малая часть, поскольку мы особо не интересовались этим, — говорит Мэрилин Руссинк, вирусный эколог из Университета Пенн Стейт. — Таково предвзятое отношение: науку всегда прежде всего интересовали патогены».

Неизвестно ученым и то, какой именно процент всех вирусов опасен для человека. «Если смотреть на большие числа, то статистически процент опасных вирусов приближается к нулю, — говорит Кертис Саттл, вирусолог-эколог из Университета Британской Колумбии. — Почти все существующие вирусы не болезнетворны для нас».

Полезные пожиратели

По крайней мере, нам известно, что фаги (бактериофаги, вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки) — невероятно важны. Их название происходит от греческого «пожираю», и именно этим они и занимаются.

«В мире бактерий они — самые главные хищники, — говорит Голдберг. — Без них нам пришлось бы туго».

Фаги — главный регулятор популяций бактерий в океане, да и, скорее всего, во всех остальных экосистемах нашей планеты. Если бы вирусы вдруг исчезли, некоторые популяции, вероятно, разрослись взрывным образом и подавили бы другие, которые совсем перестали бы расти.

Для океана это стало бы особенно серьезной проблемой, поскольку в нем более 90% всего живого (от общей массы) — микроорганизмы. И эти микробы производят около половины всего кислорода на планете — процесс, который становится возможным, благодаря вирусам.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

В океане 90% всего живого — микроорганизмы

Эти вирусы каждый день уничтожают примерно 20% всех океанических микробов и около 50% всех океанических бактерий. Этим они обеспечивают достаточно питательных веществ для производящего кислород планктона и тем самым поддерживают жизнь на планете.

«Когда нет смерти, тогда нет и жизни, потому что жизнь полностью зависит от рециркуляции материалов, — подчеркивает Саттл. — Вирусы очень важны для такой утилизации».

Исследователи, изучающие насекомых-вредителей, также обнаружили, что вирусы критически важны для контроля над численностью популяции.

Если некоторые виды начинают слишком разрастаться, «приходит вирус и уничтожает их», говорит Руссинк. Это очень естественный процесс для экосистем.

Процесс этот называется «убить победителя» и весьма распространен у многих других видов, в том числе и нашего — пандемии тому доказательство.

«Когда популяция становится чересчур многочисленной, вирусы воспроизводятся необыкновенно быстро и снижают ее объем, освобождая пространство для жизни всего остального», — подчеркивает Саттл.

Если все вирусы вдруг исчезнут, самые конкурентоспособные виды разрастутся в ущерб всем остальным.

«Мы быстро потеряем значительную часть биоразнообразия нашей планеты, — говорит Саттл. — Всё захватят несколько видов, остальные вымрут».

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

По словам экспертов, без вирусов наша планета утратила бы значительную часть биологического разнообразия

Для некоторых организмов вирусы критически важны для выживания или для того, чтобы получить конкурентоспособное преимущество.

Например, ученые предполагают, что вирусы играют важную роль, помогая коровам и другим жвачным животным превращать целлюлозу из травы в сахара, которые метаболизируются и в итоге превращаются в молоко, а также помогают набрать массу тела.

Исследователи считают, что вирусы важны и для поддержания здорового микробиома в организме человека и животных.

«Эти вещи пока еще не до конца исследованы, но мы находим все больше и больше примеров такого тесного взаимодействия с вирусами как важнейшего элемента экосистем», — говорит Саттл.

Руссинк и ее коллеги обнаружили твердое доказательство этому. В одном из исследований они работали с колонией микроскопических грибов, которая сожительствует с определенным видом трав в Йеллоустонском национальном парке (биосферный заповедник в США, знаменитый своим геотермальным ландшафтом и гейзерами — прим. Би-би-си), и обнаружили: вирус, заразивший гриб, позволяет траве более успешно выдерживать геотермальные температуры почвы.

«Когда присутствуют все три элемента — вирус, гриб и трава, тогда травы могут расти на горячей почве, — рассказывает Руссинк. — Один гриб без вируса не способен сделать такое».

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

В Йеллоустонском национальном парке некоторые виды травы стали более устойчивы к высоким температурам — благодаря вирусу

Руссинк и ее коллеги обнаружили, что грибы обычно передают вирусы «по наследству» — из поколения в поколение. И хотя ученым еще не удалось выяснить функцию большинства из этих вирусов, можно заключить, что они чем-то помогают грибам.

«Иначе зачем растениям за них цепляться?» — рассуждает Руссинк.

И если все эти полезные вирусы исчезнут, то травы и другие организмы, в которых они сейчас живут, ослабнут, а возможно и погибнут.

Под защитой вирусов

Инфицирование человеческого организма определенными безвредными вирусами даже помогает отпугивать некоторые патогены.

Вирус GB типа C, распространенный человеческий непатогенный (в отличие от своих дальних родственников вируса Западного Нила и вируса лихорадки денге) увязывается с замедлением развития СПИДа у ВИЧ-инфицированных.

Примерно так же и герпес делает мышей менее подверженными определенным бактериальным инфекциям, в том числе бубонной чумы и листериоза (распространенного типа пищевого отравления).

Конечно, проводить на людях похожие эксперименты с заражением вирусами герпеса, бубонной чумы и листериоза неэтично, авторы исследования предполагают, что и у людей была бы похожая картина.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Вирус герпеса делает мышей — и, очень возможно, людей — менее подверженными некоторым бактериальным инфекциям

Похоже, что без вирусов и люди, и многие другие виды живых существ были бы более подвержены разным болезням.

Кроме того, вирусы — это одно из самых многообещающих лечебных средств от определенных заболеваний. Фаготерапия (лечение инфекционных больных и бактерионосителей препаратами бактериофага), которую в Советском Союзе начали применять еще с 1920-х годов, использует вирусы для уничтожения бактериальных инфекций.

Сегодня это — быстроразвивающаяся область научного поиска. Не только из-за растущей устойчивости патогенов к антибиотикам, но и потому, что бактериофаги можно точно настраивать на воздействие на определенные виды бактерий — в отличие от антибиотиков, уничтожающих все бактерии без разбора.

«Когда антибиотики ничем не могут помочь, жизни людей спасают вирусы», — подчеркивает Саттл.

Онколитическая вирусная терапия рака, при которой заражаются и уничтожаются исключительно раковые клетки, к тому же менее токсична и более эффективна, чем другие методы лечения онкологии.

Нацеленные на уничтожение вредоносных бактерий или на раковые клетки, терапевтические вирусы действуют как «микроскопические крылатые ракеты, наводящиеся и попадающие точно в цель», отмечает Голдберг.

«Нам нужны такие вирусы, которые выведут нас на новую ступень терапии, терапию нового поколения».

Поскольку вирусы постоянно мутируют и реплицируются (размножаются), они представляют собой огромное хранилище генетических инноваций, которые могут быть использованы другими организмами.

Вирусы внедряются в клетки других существ и захватывают их инструменты размножения.

Если такое случается в клетке зародышевой линии (яйцеклетки и спермы), код вируса может передаваться из поколения в поколение и стать ее постоянной частью.

«Все организмы, которые могут быть заражены вирусами, имеют возможность принять вирусные гены и использовать их в своих интересах, — отмечает Голдберг. — Включение нового ДНК в геном — это основной способ эволюции».

Другими словами, исчезновение всех вирусов отразится на эволюционном потенциале всей жизни на нашей планете. В том числе и homo sapiens.

Вирусные элементы составляют около 8% человеческого генома, а геномы млекопитающих в целом приправлены примерно 100 000 остатками генов, когда-то принадлежавших вирусам.

Код вирусов — это часто неактивная часть ДНК, но иногда он наделяет организм новыми, полезными и даже важными свойствами.

Например, в 2018 году два коллектива исследователей независимо друг от друга сделали удивительное открытие. Ген вирусного происхождения кодирует белок, играющий ключевую роль в формировании долговременной памяти, передавая информацию между клетками нервной системы.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Именно древние ретровирусы ответственны за то, что люди способны к живорождению

Есть доказательства того, что мы обязаны своей способностью к живорождению частичке генетического кода, взятой у древних ретровирусов, которыми наши дальние предки заразились более 130 млн лет назад.

Вот что писали авторы того открытия в 2018 году в журнале PLOS Biology: «Очень соблазнительно поспекулировать на тему того, что беременность у людей могла бы протекать совершенно иначе (а то и не существовала бы вообще), если бы наших предков в процессе эволюции не затронули бы многие эпохи ретровирусных пандемий».

Специалисты считают, что такие частички генетического кода можно встретить у всех форм многоклеточной жизни. «Вероятно, они несут множество функций, о которых нам ничего не известно», — подчеркивает Саттл.

Ученые только-только начали открывать способы, с помощью которых вирусы помогают поддерживать жизнь. В конечном счете, чем больше мы узнаем о всех вирусах (не только о патогенах, возбудителях болезней), тем лучше мы будем оснащены для того, чтобы использовать определенные вирусы в мирных целях и разработать эффективную защиту от других вирусов, которые могут привести к очередной пандемии.

Более того: изучение богатого вирусного многообразия поможет нам более глубоко понять, как работает наша планета, ее экосистемы и организмы.

По словам Саттла, «нам нужно приложить некоторые усилия, чтобы понять, что происходит и что нас ждет — для нашей же пользы».

Больше статей на подобные темы — на сайте BBC Future.

У вирусов есть сознание? Что известно науке об их удивительном поведении

Социальная жизнь вирусов

Ученые открыли это всего три года назад. Как часто бывает, случайно. Цель исследования заключалась в том, чтобы проверить, могут ли бактерии сенной палочки предупреждать друг друга об атаке бактериофагов — особого класса вирусов, избирательно поражающих бактерии. После добавления бактериофагов в пробирки с сенной палочкой исследователи зафиксировали сигналы на неизвестном молекулярном языке. Но «переговоры» на нем вели совсем не бактерии, а вирусы. 

Оказалось, что после проникновения в бактерии вирусы заставляли их синтезировать и рассылать по соседним клеткам специальные пептиды. Эти короткие белковые молекулы сигнализировали остальным вирусам об очередном удачном захвате. Когда число сигнальных пептидов (а значит, и захваченных клеток) достигло критического уровня, все вирусы, как по команде, прекратили активное деление и притаились. Если бы не этот обманный маневр, бактерии могли бы организовать коллективный отпор или полностью погибнуть, лишив вирусы возможности паразитировать на них дальше. Вирусы явно решили усыпить бдительность своих жертв и дать им время для восстановления. Пептид, который помог им это сделать, назвали — «арбитриум» («решение»). 

Дальнейшие исследования показали, что вирусы способны принимать и более сложные решения. Они могут жертвовать собой во время атаки на иммунную защиту клетки, чтобы обеспечить успех второй или третьей волны наступления. Они способны скоординированно передвигаться от клетки к клетке в транспортных пузырьках (везикулах), обмениваться генным материалом, помогать друг другу маскироваться от иммунитета, кооперироваться с другими штаммами, чтобы пользоваться их эволюционными преимуществами. 

Велика вероятность, что даже эти удивительные примеры — лишь вершина айсберга, считает Ланьинь Цзэн, биофизик из Техасского университета. Изучить скрытую социальную жизнь вирусов должна новая наука — социовирусология. Речь не идет о том, что вирусы обладают сознанием, оговаривается один из ее создателей микробиолог Сэм Диас-Муньос. Но социальные связи, язык коммуникации, коллективные решения, координация действий, взаимопомощь и планирование — это признаки разумной жизни. 

Разумны ли вирусы? 

Может ли обладать разумом или сознанием то, что даже не является живым организмом? Есть математическая модель, которая допускает такую возможность. Это теория интегрированной информации, разработанная итальянским нейробиологом Джулио Тонони. Он рассматривает сознание как соотношение количества и качества информации, которое определяется специальной единицей измерения — φ (фи). Идея в том, что между совершенно бессознательной материей (0 φ) и сознательным человеческим мозгом (максимум φ) протянулся восходящий ряд переходных состояний. Минимальный уровень φ есть у любого объекта, способного принимать, обрабатывать и генерировать информацию. В том числе у таких безусловно неживых, как термометр или светодиод. Раз они умеют преобразовывать температуру и свет в данные, значит, «информационность» для них такое же фундаментальное свойство, как масса и заряд для элементарной частицы. В этом смысле вирус явно превосходит многие неживые объекты, поскольку сам является носителем (генетической) информации.

Сознание — более высокий уровень переработки информации. Тонони называет это интеграцией. Интегрированная информация — нечто, качественно превосходящее простую сумму собранных данных: не набор отдельных характеристик предмета типа желтого цвета, округлой формы и теплоты, а составленный из них образ горящей лампы. 

Принято считать, что на такую интеграцию способны только биологические организмы. Чтобы проверить, могут ли адаптироваться и набираться опыта неживые объекты, Тонони вместе с группой нейробиологов разработал компьютерную модель, напоминающую аркадную игру для ретро-консоли. Роль подопытных выполняли 300 «аниматов» — 12-битные юниты с базовым искусственным интеллектом, симуляцией органов чувств и двигательного аппарата. Каждому задали произвольно сгенерированные инструкции работы частей тела и запустили всех в виртуальный лабиринт. Раз за разом исследователи отбирали и копировали аниматов, которые демонстрировали лучшую координацию. Следующее поколение наследовало от «родителей» тот же код. Его размер не менялся, но в него вносились случайные цифровые «мутации», которые могли укрепить, ослабить или дополнить связи между «мозгом» и «конечностями». В результате такого естественного отбора через 60 тысяч поколений эффективность прохождения лабиринта у аниматов возросла с 6 до 95%. 

У аниматов одно преимущество перед вирусами: они умеют самостоятельно передвигаться. Вирусам приходится перемещаться от носителя к носителю на пассажирских местах в слюне и других физиологических выделениях. Но шансов повысить уровень φ у них больше. Хотя бы потому что вирусные поколения сменяются быстрее. Оказавшись в живой клетке, вирус заставляет ее штамповать до 10 тысяч своих генетических копий в час. Правда, есть еще одно условие: чтобы интегрировать информацию до уровня сознания, нужна сложная система. 

Насколько сложной системой можно назвать вирус? Посмотрим на примере нового коронавируса SARS-CoV-2 — виновника нынешней пандемии. По форме он похож на рогатую морскую мину. Снаружи — сферическая оболочка из липидов. Это жиры и жироподобные вещества, которые должны защищать его от механических, физических и химических повреждений; именно они разрушаются от мыла или санитайзера. На оболочке — давшая ему название корона, то есть шиповидные отростки из S-белков, с помощью которых вирус проникает в клетку. Под оболочкой — молекула РНК: короткая цепочка с 29 903 нуклеотидами. (Для сравнения: в нашей ДНК их больше трех миллиардов.) Довольно простая конструкция. Но вирусу и не нужно быть сложным. Главное — стать ключевым компонентом сложной системы. 

Научный блогер Филип Бушар сравнивает вирусы с сомалийскими пиратами, захватывающими на крошечной лодке огромный танкер. Но по сути вирус ближе к легковесной компьютерной программе, сжатой архиватором. Вирусу не требуется весь алгоритм управления захваченной клеткой. Достаточно короткого кода, который заставляет работать на него всю операционную систему клетки. Для этой задачи его код идеально оптимизирован в процессе эволюции. Можно предположить, что внутри клетки вирус «оживает» ровно настолько, насколько позволяют ресурсы системы. В простой системе – он способен делиться и контролировать обменные процессы. В сложной (как наш организм) — может задействовать дополнительные опции, например, достичь такого уровня обработки информации, который по модели Тонони граничит с разумной жизнью. 

Чего хотят вирусы? 

Но зачем вообще вирусам это надо: жертвовать собой, помогать друг другу, совершенствовать процесс коммуникации? Какова их цель, если они не живые существа? 

Как ни странно, ответ имеет прямое отношением к нам. По большому счету вирус – это ген. Первостепенная задача любого гена — максимально копировать себя, чтобы распространиться в пространстве и времени. Но в этом смысле вирус мало чем отличается от наших генов, которые тоже озабочены прежде всего сохранением и тиражированием записанной в них информации. На самом деле сходство даже больше. Мы сами немного вирусы. Примерно на 8%. Столько вирусных генов в составе нашего генома. Откуда они там взялись? 

Есть вирусы, для которых внедрение в ДНК клетки-носителя является необходимой частью «жизненного цикла». Это ретровирусы, к которым относится, например, ВИЧ. Генетическая информация у ретровируса зашифрована в молекуле РНК. Внутри клетки вирус запускает процесс создания ДНК-копии этой молекулы, а затем встраивает ее в наш геном, превращая его в конвейер по сборке своих РНК на основе этого шаблона. Но бывает так, что клетка подавляет синтез вирусных РНК. И вирус, встроившись в ее ДНК, теряет способность делиться. В таком случае вирусный геном может стать генетическим балластом, передающимся новым клеткам. Возраст самых старых ретровирусов, чьи «ископаемые останки» сохранились в нашем геноме, — от 10 до 50 миллионов лет. За годы эволюции мы накопили около 98 тысяч ретровирусных элементов, которыми когда-то заражались наши предки. Сейчас они составляют 30-50 семейств, которые подразделяются почти на двести групп и подгрупп. По подсчетам генетиков, последний ретровирус, сумевший стать частью нашей ДНК, инфицировал человеческую популяцию около 150 тысяч лет назад. Тогда наши предки пережили пандемию.

Что реликтовые вирусы делают сейчас? Одни никак себя не проявляют. Или нам так кажется. Другие работают: защищают человеческий эмбрион от инфекций; стимулируют синтез антител в ответ на появление в организме чужеродных молекул. Но в общем миссия вирусов гораздо значительнее. 

Как вирусы общаются с нами 

С появлением новых научных данных о влиянии микробиома на наше здоровье, мы стали осознавать, что бактерии не только вредны, но и полезны, а во многих случаях жизненно необходимы. Следующим шагом, пишет в «Истории инфекций» Джошуа Ледерберг, должен стать отказ от привычки демонизировать вирусы. Они действительно часто несут нам болезнь и смерть, но цель их существования — не уничтожение жизни, а эволюция.

Как в примере с бактериофагами, гибель всех клеток организма-носителя обычно означает для вируса поражение. Гиперагрессивные штаммы, которые слишком быстро убивают или лишают подвижности своих хозяев, теряют возможность свободно распространяться и становятся тупиковыми ветвями эволюции. Вместо них шанс размножить свои гены получают более «дружелюбные» штаммы. «По мере развития в новой среде вирусы, как правило, перестают вызывать тяжелые осложнения. Это хорошо и для организма носителя, и для самого вируса», — говорит нью-йоркский эпидемиолог Джонатан Эпстейн. 

Новый коронавирус так агрессивен, потому что он лишь недавно преодолел межвидовой барьер. По словам иммунобиолога Акико Ивасаки из Йельского университета, «когда вирусы впервые попадают в человеческий организм, они не понимают, что происходит». Они — как аниматы первого поколения в виртуальном лабиринте. Но и мы не лучше. При столкновении с неизвестным вирусом наша иммунная система тоже может выйти из-под контроля и ответить на угрозу «цитокиновым штормом» — неоправданно мощным воспалением, разрушающим собственные ткани организма. (Именно в такой гиперреакции иммунитета причина многих смертей во время пандемии испанского гриппа 1918 года.) Чтобы жить в любви и согласии с четырьмя человеческими коронавирусами, вызывающими у нас безобидную «простуду» (OC43, HKU1, NL63 и HCoV-229E), нам пришлось адаптироваться к ним, а им – к нам. 

Мы оказываем друг на друга эволюционное влияние не просто как факторы среды. Наши клетки непосредственно участвуют в сборке и модификации вирусных РНК. А вирусы напрямую контактируют с генами своих носителей, внедряя свой генетический код в их клетки. Вирус — это один из способов общения наших генов с миром. Иногда этот диалог дает неожиданные результаты.

Появление плаценты — структуры, соединяющей плод с материнским организмом, — стало ключевым моментом в эволюции млекопитающих. Трудно представить, что необходимый для ее формирования белок синтицин кодируется геном, представляющим собой не что иное, как «одомашненный» ретровирус. В древности синтицин использовался вирусом для уничтожения клеток живых организмов.

История нашей жизни с вирусами рисуется бесконечной войной или гонкой вооружений, пишет антрополог Шарлотта Биве. Этот эпос строится по одной схеме: зарождение инфекции, ее распространения через глобальную сеть контактов и в итоге ее сдерживание или искоренение. Все его сюжеты связаны со смертями, страданиями и страхами. Но есть и другая история. 

Например, история о том, как у нас появился нейронный ген Arc. Он необходим для синаптической пластичности — способности нервных клеток формировать и закреплять новые нервные связи. Мышь, у которой отключен этот ген, не способна к обучению и формированию долговременной памяти: отыскав сыр в лабиринте, она уже на следующий день забудет к нему дорогу. 

Чтобы изучить происхождение этого гена, ученые выделили белки, которые он производит. Оказалось, что их молекулы самопроизвольно собираются в структуры, напоминающие вирусные капсиды ВИЧ: белковые оболочки, защищающие РНК вируса. Затем выделяются из нейрона в транспортных мембранных пузырьках, сливаются с другим нейроном и выпускают свое содержимое. Воспоминания передаются как вирусная инфекция. 

350-400 миллионов лет назад в организм млекопитающего попал ретровирус, контакт с которым привел к формированию Arc. А теперь этот вирусоподобный ген помогает нашим нейронам осуществлять высшие мыслительные функции. Может, вирусы и не обретают сознание благодаря контакту с нашими клетками. Но в обратную сторону это работает. По крайней мере, сработало один раз. 

Фото на обложке: CDC / Unsplash

Найдены первые организмы питающиеся вирусами

Океанологи из США опубликовали первые убедительные доказательства существования двух групп экологически важных морских простейших, которые питаются вирусами, захватывая свои жертвы в процессе фагоцитоза. Эти необычные организмы обнаружены в заливе Мэн, у берегов Северной Америки. 

Если вспомнить, какое количество вирусной биомассы населяет сушу, летает в атмосфере и плавает в океане, остается только удивляться тому, что вирусы оказались исключением из общего закона природы: ешь или съедят тебя. Действительно, существуют вирусы, которые развили способность отнимать у других вирусов органические «стройматериалы», но до сих пор не было доказательств существования организмов, поглощающих и переваривающих вирусные частицы ради получения энергии или питательных веществ.

Первыми признанными вирофагами могут стать два типа одноклеточных организмов, населяющих воды залива Мэн у берегов Северной Америки, пишет Phys.org. Ученые-океанологи из США обнаружили их среди клеток планктона, после того как сравнили образцы воды из Атлантического океана с образцами из Средиземного моря.

Прежде всего, они обнаружили в геномной библиотеке организмов из обоих образцов цепочки бактерий, которые, скорее всего, употреблял в пищу планктон. В этом ничего удивительного не было — бактерии распространенный источник питательных веществ для морских простейших.

Необычно было то, что в образцах имелись вирусные цепочки. Большинство из них принадлежало вирусам, которые инфицировали бактерии. Однако две группы вирусов из образцов залива Мэн — малоизученные choanozoa и picozoa — отличались от остальных. Choanozoa, также известные как хоанофлагеллаты размером 3-10 мкм — ближайшие родственники грибов и животных. Совсем крошечные picozoa (до 3 мкм) впервые были обнаружены 20 лет назад. До сих пор их рацион оставался загадкой, поскольку их пищевой аппарат слишком мал для потребления бактерий, но достаточно большой для вирусов.

Ученые делают вывод, что вирусы choanozoa и picozoa, вероятнее всего, питаются другими вирусами. Вирусы богаты фосфором и азотом, и могут потенциально быть хорошей добавкой к углеродной диете, в которую могут входить клетки или богатые углеродом морские коллоиды.

«Наши данные показали, что многие простейшие клетки содержат ДНК широкой группы неинфекционных вирусов, но не бактерий — серьезное доказательство того, что они питаются вирусами, а не бактериями. Это стало большой неожиданностью, поскольку противоречит господствующей сейчас точки зрения на роль вирусов и простейших в морской пищевой цепи», — заявил один из авторов исследования Рамунас Спепанаускас.

Специалисты MIT разработали надежный метод датировки определенной группы бактерий. Теперь ученые смогут понять, когда в ходе эволюции возникали важные группы бактерий и какие перемены могли привести к этим изменениям.

Найдены морские простейшие, которые могут питаться вирусами

«Наши данные показывают, что многие клетки эукариотические организмов — протистов — содержат ДНК самых разных неинфекционных вирусов, но не бактерий, что является убедительным доказательством того, что они питаются именно вирусами, а не бактериями. Это стало большим сюрпризом, поскольку эти результаты противоречат современным представлениям ученых о роли вирусов и протистов в морских пищевых сетях», — заявил доктор Рамунас Степанаускас, директор Центра геномики единичных клеток в Лаборатории наук об океане Бигелоу в Ист-Бутбей, штат Мэн, США.

Степанаускас и его коллеги взяли пробы морской воды на двух участках: в северо-западной части Атлантического океана в заливе Мэн, США в июле 2009 года, и в Средиземном море у побережья Каталонии, Испания, в январе и июле 2016 года. Они использовали современные инструменты одноклеточной геномики для секвенирования общей ДНК от 1698 особей протистов в воде.

Исследователи обнаружили ряд простейших, включая альвеолатов, страменопилов, хлорофитов, серкозойных, пикозойных и хоанозойных. 19% SAG — одиночных амплифицированных геномов — из залива Мэн и 48% из Средиземноморья были связаны с бактериальной ДНК, что свидетельствует о том, что эти простейшие питались бактериями. Чаще встречались вирусные последовательности, обнаруженные в 51% SAG из залива Мэн и 35% из средиземноморских. Большинство из них были от вирусов, которые, как известно, заражают бактерии, предположительно представляющие собой паразитов бактериальной добычи простейших.

Но хоанозойные и пикозойные простейшие, которые встречались только в образце залива Мэн, были разными. Хоанозойные, также известные как хоанофлагелляты, представляют большой эволюционный интерес как ближайшие живущие родственники животных и грибов. Крошечные (до 3 мкм) пикозойны были впервые обнаружены двадцать лет назад и первоначально назывались пикобилифиты. До сих пор их источники пищи были загадкой, поскольку их система питания слишком мала для бактерий, но вполне достаточна для вирусов, большинство из которых меньше 150 нм.

Каждый из SAG хоанозойных и пикозойных изучаемых простейших был связан с вирусными последовательностями бактериофагов и вирусов CRESS-ДНК, но в основном без какой-либо бактериальной ДНК. Однако одни и те же последовательности были обнаружены у большого разнообразия видов.

Авторы приходят к выводу, что хоанозойные и пикозойные, вероятно, регулярно поедают вирусы.

«Вирусы богаты фосфором и азотом и потенциально могут быть хорошим дополнением к богатой углеродом диете, которая может включать в себя клеточную добычу или богатые углеродом морские коллоиды», — заключает доктор Джулия Браун, исследователь Лаборатории океанических наук Бигелоу и соавтор исследования.

Читать также

Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное

GitHub заменил термин «мастер» на нейтральный аналог

Появилось сразу два доказательства внеземной жизни. Одно на Венере, другое — неизвестно

Мирный вирус — Санкт-Петербургский государственный университет

Нуклеиновая кислота и белковая оболочка вокруг — вот что представляет собой вирус. Казалось бы, существу с таким элементарным строением должна быть отведена самая незаметная роль в природе, однако это не так. Благодаря своим свойствам вирусы играют важную роль в регуляции эволюционных процессов и помогают ученым исследовать мир.

«Эволюционная стратегия вирусов — постоянно размножаться и находиться в популяции хозяина. Как и все организмы, они участвуют в естественном отборе, все время мутируют и при любом удобном случае заражают новых хозяев. Например, после заражения клетки вирусом гриппа из нее выходят сотни новых вирионов. Из них инфицируют новую клетку только те, которые получили мутации, не ухудшающие или улучшающие качества вируса, остальные со временем погибнут», — рассказывает Алексей Анатольевич Потехин, профессор СПбГУ (кафедра микробиологии).

Алексей Анатольевич Потехин

По его словам, почти у всех живых существ на Земле есть свои вирусы. Реализуя эволюционную программу, они выступают в качестве природного механизма контроля за численностью особей хозяев. Как только какой-то вид становится слишком многочисленным, его поражают вирусные инфекции и популяция прореживается. Так освобождается экологическая ниша, которую вскоре займет другой количественно подросший вид, и цикл повторится. «Этот процесс называется сукцессией — необратимой и закономерной сменой одного доминирующего вида в биотопе другим, — говорит Алексей Потехин. — Самый наглядный пример — цветение воды, которое возникает из-за быстрого размножения водорослей в водоемах. Например, в Финском заливе во время цветения цианобактерий вода обретает специфический зеленый цвет и неприятный запах. Но уже через несколько дней она снова становится прозрачной, и водоем возвращает привычный вид. Почему так происходит? Потому что вирусы уничтожают микроорганизмы, ставшие доминирующим видом. Они действуют по принципу kill the winner — «убей победителя»».

Другой важной функцией вирусов является поддержание пищевых цепочек в разных слоях биосферы. На нижнем уровне таких цепочек находятся автотрофные организмы, перерабатывающие химические элементы, необходимые для построения клетки (азот, органический углерод, фосфор и другие), с помощью хемосинтеза и фотосинтеза. Автотрофами питаются гетеротрофы, организмы, которые не умеют самостоятельно синтезировать нужные для построения клеток молекулы. В окружающей среде необходимые для автотрофов вещества появляются в результате гибели различных видов. Так образуется круговорот энергии и вещества, где важен каждый элемент. По словам ученого, вирусы поддерживают пул органических веществ в трофических цепочках путем регуляции численности своих хозяев. Хозяева погибают, организмы-редуценты образуют из них органические вещества, которые затем поступают автотрофам, и пищевая цепочка продолжает существовать.

Генетические почтальоны

Вирусы также играют ключевую роль в горизонтальном переносе генов — обмене генетической информацией между особями, который является основным механизмом эволюции и обеспечивает биологическое разнообразие видов. «Долгое время считалось, что переход фрагмента генетической информации от одного вида к другому при условии отсутствия у них родственных связей — очень редкое явление. Однако со временем человек научился определять последовательности нуклеотидов в генах, и оказалось, что горизонтальные генетические обмены занимают огромную долю в разнообразии геномов, — рассказывает профессор Потехин. — Вирусы помогают осуществлять горизонтальный перенос генетической информации, транспортируя гены от одних хозяев к другим. Например, вирусы участвуют в обмене генами между бактериями. В заразную частицу попадает бактериальная ДНК, которая при внедрении вируса в клетку другой бактерии встраивается в новый геном. Дальше возможны несколько сценариев: либо бактерия «заболевает» и гибнет, либо приобретает полезные свойства и осваивает новые экологические ниши». Подобным способом приобрел болезнетворные свойства, например, холерный вибрион, который исходно является свободноживущей водной бактерией, не способной в обычных условиях вызывать болезнь у человека.

Проект «Геном человека» — международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК, и идентифицировать гены в человеческом геноме. Проект начался в 1990 году под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США. В 2000 году был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном — в 2003 году, однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков еще не закончен.

Интересно, что горизонтальный перенос генов повлиял в том числе и на людей. Так, до 8 % генома человека состоит из генетической информации, которую принесли когда-то в человеческие клетки ретровирусы — представители одного из многочисленных семейств вирусов, к которому относится, например, ВИЧ. Привести к развитию инфекции эти вирусные гены уже не способны. Скорее всего, они выполняют отдельные важные функции в организме. Возможно, участвуют в упорядочивании структуры хроматина или экспрессии генов (процессе, в ходе которого закодированная в генах информация превращается в белки, присутствующие или действующие в клетке. — Прим. ред.). Потому что иначе человек избавился бы от вирусных последовательностей в процессе эволюции.

«Ретровирусы структурно очень похожи на один из типов ретротранспозонов (мобильных генетических элементов, способных самостоятельно перемещаться по геному и внедряться в новые участки. — Прим. ред.), — отмечает Татьяна Валерьевна Матвеева, профессор СПбГУ (кафедра генетики и биотехнологии). — Граница между ретровирусами и ретротранспозонами является достаточно размытой. Главное их отличие в инфекционной природе вирусов и ее отсутствии у транспозонов. Ретротранспозоны — это те самые повторяющиеся последовательности в геноме, на долю которых, например, у некоторых растений приходится до 90 % генома».

Татьяна Валерьевна Матвеева

Помимо этого, вирусы присутствуют в человеческом организме в составе микрофлоры. Обычными спутниками людей являются вызывающие легкий насморк риновирусы и некоторые аденовирусы, которые прячутся в носоглотке. «Они держат в тонусе наш иммунитет. Реакция человека на инфекционные заболевания, как правило, приводит к победе над болезнью и не вызывает серьезных осложнений — при условии, что иммунная система в порядке, — поясняет Алексей Потехин. — Все потому, что иммунитет человека постоянно сталкивается с различными вирусами, которые циркулируют в популяции или находятся внутри организма, и таким образом тренируется и учится давать отпор. Результатом тренировки является тот факт, что иммунная система адекватно реагирует на новую вирусную угрозу, так сказать, не начинает борьбу «с нуля»».

Честная сделка

В природе существуют примеры, когда вирус в организме хозяина защищает его от врагов. Так, профаг (геном вируса, интегрированный в бактериальную ДНК. — Прим. ред.) в бактерии Hamiltonella defensa, образующей симбиоз с тлями, помогает последним защищаться от наездников — представителей одного из семейств паразитических насекомых, родственных осам. По словам профессора Потехина, для размножения наездники используют насекомых других видов, например тлей. Наездники откладывают в тело тли яйца, которые в процессе развития используют насекомое для питания. В итоге из яйца развивается новая особь наездника, а тля медленно умирает. Этого не происходит, если в организме тли живет бактерия Hamiltonella с геном опасного для наездников токсина в составе вирусного генома. При попадании в организм тли яиц наездника симбиотическая бактерия выделяет токсин и защищает хозяина. Яйца гибнут, а тля остается в живых.

Основные теории возникновения вирусов

1. Гипотеза побега. Вирусы — фрагменты генов, которые «высвободились» из генома более крупного организма и стали относительно автономными, но при этом все равно сохранили зависимость от клеток.
2. Регрессивная теория. Вирусы произошли от бактерий или других клеточных организмов. Они претерпели дегенеративную (регрессивную) эволюцию и потеряли многие составляющие клетки, но сохранили генетический материал.
3. Гипотеза коэволюции. Вирусы возникли из сложных комплексов белков и нуклеиновых кислот вместе с первыми живыми клетками и ведут паразитический образ жизни.

Другим примером симбиотических отношений является пестрая окраска тюльпанов классa Tulips Rembrandt, которую цветы приобрели в результате заражения вирусом мозаики тюльпана. Как рассказала профессор Татьяна Матвеева, пестролепестность способствует привлечению большего количества насекомых-опылителей и компенсирует растению негативные моменты, связанные с вирусной инфекцией. «Декоративные свойства таких тюльпанов очень ценились в Голландии начиная с XVII века, золотого века голландской живописи. Возможно, поэтому пестрые тюльпаны приобрели такое название, — отмечает исследователь. — Так или иначе, некоторые линии тюльпанов, зараженных вирусом, культивировали в течение нескольких столетий. Только в последние годы голландские селекционеры вывели сорта с такой же окраской, но уже без заражения вирусом мозаики тюльпанов».

Правильные векторы

Большой интерес вирусы представляют для науки. Их используют для изучения строения и функции клеток, а также в методах молекулярной биологии, генетики и генной инженерии. Благодаря тому, что в молекуле вируса протекают схожие процессы, что и в клетке хозяина, вирусы выступают более простой и удобной моделью для изучения фундаментальных процессов, например построения молекул ДНК и РНК. «Вирусы стимулировали развитие методов анализа (электронной микроскопии и ультрацентрифугирования), а также нашего понимания молекулярных основ жизни, — говорит Татьяна Матвеева. — Именно с помощью вирусов была открыта триплетность генетического кода и доказано, что одну аминокислоту в полипептиде кодируют три нуклеотида молекулы ДНК и иРНК (или мРНК — информационная, или матричная, РНК. — Прим. ред.). А вирус кишечной палочки — фаг лямбда, геном которого был секвенирован одним из первых, вот уже десятки лет используется для определения молекулярного веса фрагментов ДНК».

По словам Алексея Потехина, вирусы представляют собой удобный инструмент — вектор (молекулу нуклеиновой кислоты, используемую в генетической инженерии для внедрения генетического материала внутрь клетки. — Прим. ред.). С его помощью можно добраться до клеточного генома, «выключить» какие-либо гены, а потом посмотреть, за что именно эти гены отвечали, какой процесс в клетке перестал протекать нормально. Эту же возможность можно использовать наоборот: менять «сломанные» гены, то есть те, в которых произошла неблагоприятная для организма мутация, на правильный вариант и восстанавливать их работу.

«Вирусы — это эффективные векторы естественного происхождения. На основе вирусных геномов как ДНК-содержащих, так и РНК-содержащих вирусов получены векторы для доставки генов в клетки бактерий, животных, растений и получения в них необходимых белков. Существенную роль вирусные векторы сыграли при реализации проекта «Геном человека», а также в процессе создания геномных библиотек, меченые последовательности из которых в настоящее время помогают расшифровывать неизвестные геномы других видов», — отмечает Татьяна Михайловна Рогоза, старший преподаватель СПбГУ (кафедра генетики и биотехнологии).

Татьяна Михайловна Рогоза

По ее словам, одна из наиболее важных областей применения вирусов — генная терапия. Так, векторы на основе аденоассоциированных вирусов активно используют в лечении онкологических болезней. «Такие векторы близки к идеальным, — отмечает ученый, — поскольку не вызывают иммунный ответ и имеют ряд антигенных структур, отличающихся по тканеспецифичности (сродству к тканям организма. — Прим. ред). В связи с этим их используют для замедления роста онкоклеток за счет нарушения их кровоснабжения, подавления активности онкологических генов, а также в «суицидной» терапии, когда в опухоль вводят гены, после включения которых она гибнет».

Борьба с самим собой

Вирусы используют для получения вакцин. Как рассказала Татьяна Рогоза, одной из перспективных систем для этих целей является бакуловирусная система экспрессии, в которой используется вектор на основе бакуловируса и культура клеток насекомых. Именно с помощью нее разрабатывают мультимерные противовирусные вакцины, содержащие вирусные белки, но не содержащие генетического материала. Примером такой вакцины является препарат Флюблок (Flublok). Он включает два белка гемагглютинина вируса гриппа А и один гемагглютинин вируса гриппа В.

«Другой способ получения вакцины заключается в использовании вируса, который будет похож по свойствам на патогенный вирус, но не сможет возбудить болезнь. Таким образом, например, была получена вакцина от вируса оспы, — рассказывает Алексей Потехин. — Также можно синтезировать отдельные части инфекционного агента. Например, в вакцине от гепатита В содержится один из белков оболочки вирусной частицы, который наращивают в клетках дрожжей в отсутствие вируса. Этот белок сам по себе никак не может вызвать симптомы гепатита, но при этом способен запустить иммунную реакцию, в результате которой человек приобретет иммунитет».

По словам Татьяны Матвеевой, мы воспринимаем вирусы как источники инфекций человека, животных и растений. Однако их роль в природе гораздо более значительна. Так, благодаря вирусам на планете гармонично сосуществует большое разнообразие живых существ, а ученые детально изучают окружающий мир на микро- и макроуровне. Возможно, без кризисов, которые создают вирусы, наука и медицина не достигли бы современного уровня, а многие популяции не приобрели бы необходимые качества для выживания в условиях естественного отбора.

НАЙДЕНЫ МОРСКИЕ ПРОСТЕЙШИЕ, КОТОРЫЕ МОГУТ ПИТАТЬСЯ ВИРУСАМИ

Вирусы встречаются повсюду на Земле, от атмосферы до глубин океана. Удивительно, но, учитывая обилие и богатство вирусов питательными веществами, не известно ни о каких организмах, которые употребляли бы их в пищу. В журнале Frontiers in Microbiology исследователи публикуют первые убедительные доказательства того, что две группы экологически важных морских протистов, являются пожирателями вирусов, ловя свою «добычу» посредством фагоцитоза — поглощения.

«Наши данные показывают, что многие клетки эукариотические организмов — протистов — содержат ДНК самых разных неинфекционных вирусов, но не бактерий, что является убедительным доказательством того, что они питаются именно вирусами, а не бактериями. Это стало большим сюрпризом, поскольку эти результаты противоречат современным представлениям ученых о роли вирусов и протистов в морских пищевых сетях», — заявил доктор Рамунас Степанаускас, директор Центра геномики единичных клеток в Лаборатории наук об океане Бигелоу в Ист-Бутбей, штат Мэн, США.

Степанаускас и его коллеги взяли пробы морской воды на двух участках: в северо-западной части Атлантического океана в заливе Мэн, США в июле 2009 года, и в Средиземном море у побережья Каталонии, Испания, в январе и июле 2016 года. Они использовали современные инструменты одноклеточной геномики для секвенирования общей ДНК от 1698 особей протистов в воде.

Исследователи обнаружили ряд простейших, включая альвеолатов, страменопилов, хлорофитов, серкозойных, пикозойных и хоанозойных. 19% SAG — одиночных амплифицированных геномов — из залива Мэн и 48% из Средиземноморья были связаны с бактериальной ДНК, что свидетельствует о том, что эти простейшие питались бактериями. Чаще встречались вирусные последовательности, обнаруженные в 51% SAG из залива Мэн и 35% из средиземноморских. Большинство из них были от вирусов, которые, как известно, заражают бактерии, предположительно представляющие собой паразитов бактериальной добычи простейших.

Но хоанозойные и пикозойные простейшие, которые встречались только в образце залива Мэн, были разными. Хоанозойные, также известные как хоанофлагелляты, представляют большой эволюционный интерес как ближайшие живущие родственники животных и грибов. Крошечные (до 3 мкм) пикозойны были впервые обнаружены двадцать лет назад и первоначально назывались пикобилифиты. До сих пор их источники пищи были загадкой, поскольку их система питания слишком мала для бактерий, но вполне достаточна для вирусов, большинство из которых меньше 150 нм.

Каждый из SAG хоанозойных и пикозойных изучаемых простейших был связан с вирусными последовательностями бактериофагов и вирусов CRESS-ДНК, но в основном без какой-либо бактериальной ДНК. Однако одни и те же последовательности были обнаружены у большого разнообразия видов.

Авторы приходят к выводу, что хоанозойные и пикозойные, вероятно, регулярно поедают вирусы.

«Вирусы богаты фосфором и азотом и потенциально могут быть хорошим дополнением к богатой углеродом диете, которая может включать в себя клеточную добычу или богатые углеродом морские коллоиды», — заключает доктор Джулия Браун, исследователь Лаборатории океанических наук Бигелоу и соавтор исследования.

Источник: https://hightech.fm/2020/09/24/marine-protists

 

Вирусы в кормах для животных требуют большего внимания

Зараженные корма могут способствовать многим опасностям. Опасности подразделяются на биологические, химические и физические. Бактерии, плесень, вирусы, прионы и паразиты являются примерами биологических опасностей. Фактически, корм может быть возможным источником этого типа опасности, и особое внимание было уделено патогенным бактериям. Было опубликовано много статей и разработаны производственные процедуры, связанные с контролем сальмонеллы как бактерии зооноза в кормах, которая вызывает кормовое / пищевое заболевание животных и людей.Бактерии как живые организмы также могут размножаться в кормах.

Вирусы потенциально могут присутствовать в кормах, но не могут воспроизводиться сами по себе. Они могут размножаться только в подходящем хозяине, а не в корме, поэтому в течение многих лет вирусному заражению кормов не уделялось много внимания в системах управления качеством и безопасностью кормов. Однако корм является потенциальным вектором распространения вирусов среди животных и людей. Мировое производство кормов составляет более 1,1 миллиарда тонн в год, и многие партии кормов перевозятся с одного континента на другой с помощью трансокеанских морских перевозок.

Вебинар: Безопасность и безопасность кормов
Могут ли свиньи вирусы путешествовать с кормами? И как производители кормов могут лучше подготовиться к вирусным инфекциям? Эти и другие вопросы были ключевыми во время этого вебинара — просмотрите сейчас.

В последние годы многие вспышки вирусных заболеваний заразили домашний и других животных. Ящур, болезнь Ньюкасла, птичий грипп, эпидемическая диарея свиней (PED) и африканская чума свиней (АЧС) — недавние примеры вирусных заболеваний домашнего скота.Многие вирусные заболевания не заражают людей, но влияют на здоровье домашнего скота, цепочку поставок продуктов питания и международную торговлю.

Одним из основных потенциальных путей распространения вирусных заболеваний среди животных в пределах стран является транзит живых животных. Когда происходит вспышка вирусного заболевания, выполняются строгие карантинные задачи, предотвращающие транзит живых животных для борьбы с болезнями животных в пределах границ. Однако эти строгие меры контроля не применялись в отношении кормов таким же образом.Многие вирусы, вызывающие болезни животных, стабильны в кормах и ингредиентах кормов даже при транспортировке на большие расстояния.

Предложения по предотвращению распространения вирусов через корм:

• Необходимо принять меры по предотвращению заражения чистых участков от зараженных участков.
• Меры по предотвращению распространения вирусов следует учитывать в национальной и международной политике, протоколах биобезопасности для ферм и комбикормовых заводов, а также в системах управления качеством кормов.
• Следует рассмотреть возможность использования систем раннего предупреждения для зараженных территорий и стран.
• Государственные органы должны уделять больше внимания потенциально зараженному вирусом корму для продуктов, которые продаются на международном уровне.
• Поставщики кормов и кормовых ингредиентов должны учитывать состояние здоровья в стране или регионе происхождения, а также цену и пищевую ценность.
• Производители кормов должны покупать кормовые ингредиенты из незараженных территорий.
• Запреты на импорт кормов и ингредиентов из зараженных территорий и стран должны быть рассмотрены правительствами.
• Следует рассмотреть возможность использования потенциальных антивирусных обработок при производстве кормов и кормовых ингредиентов, таких как химическая обработка (кормовые добавки, такие как органические кислоты, жирные кислоты и эфирные масла), термическая обработка и легальные фумиганты для уменьшения или уничтожения вирусов. .
• Потенциально инфицированные материалы перед использованием следует держать в карантине, чтобы сократить время выживания патогенов домашнего скота, где это возможно.
• Системы управления безопасностью кормов, политики безопасности кормов и планы биобезопасности комбикормовых заводов и животноводческих ферм должны включать протоколы снижения рисков для вирусов, потенциально передаваемых с кормами.
• Время выживания вируса в кормах и ингредиентах кормов разное, а некоторые корма представляют собой более высокий риск. Продукты следует оценивать на основе риска и использовать в моделях ранжирования рисков.
• Транспортные средства, которые перевозят корма с комбикормовых заводов на животноводческие фермы, подвержены вирусной инфекции, и их необходимо очищать и дезинфицировать эффективными методами между доставками.
• В международной торговле кормами следует использовать соответствующие методы отбора проб и быстрого обнаружения важных вирусов.

Автор:
Мохаммадреза Кухканнеджад Аспирант факультета ветеринарной медицины Тегеранского университета, Иран. AFIA изначально было ошибочно указано в качестве автора, но не поддерживает предлагаемые рекомендации.

Накормить вирус, морить бактерии голодом? — Блог директора NIH

Опубликовано 13 сентября 2016 г. доктор Фрэнсис Коллинз

Thinkstock / Stockbyte

Да, скоро пора простуд и гриппа.Вы, наверное, слышали старую поговорку «накормите простуду и морите голодом лихорадку». Но разумный ли это совет? Согласно новым данным исследований на мышах, действительно может существовать научная основа для «кормления» болезней, таких как простуда и грипп, которые вызываются вирусами, а также для «голодания» определенных вызывающих лихорадку состояний, вызванных бактериями.

В последней работе исследовательская группа, финансируемая Национальным институтом здравоохранения, обнаружила, что обеспечение питанием мышей, инфицированных вирусом гриппа, значительно улучшает их выживаемость.Напротив, для мышей, инфицированных Listeria , вызывающей лихорадку бактерией, оказалось, что прямо противоположное. Когда исследователи заставили инфицированных Listeria- мышей потреблять даже небольшое количество пищи, все они погибли.

Как и люди, когда мыши и другие млекопитающие заболевают многими инфекционными заболеваниями, они часто теряют аппетит и избегают еды. В новом исследовании, опубликованном в журнале Cell , команда под руководством Руслана Меджитова, исследователя Медицинского института Говарда Хьюза в Медицинской школе Йельского университета, Нью-Хейвен, штат Коннектикут, и бывшего лауреата премии Лурье от Фонда NIH, изложила изучить, как наличие или недостаток питания может повлиять на выздоровление от инфекций [1].

В одной серии экспериментов исследователи заразили мышей вирусом гриппа, который вызвал потенциально опасные для жизни приступы гриппа. Как и ожидалось из прошлых наблюдений, мыши, заболевшие гриппом, сократили потребление пищи. Однако, когда исследователи накачали больше пищи некоторым больным мышам через зонд, их шансы на выживание были значительно выше, чем у тех, кому не давали дополнительное питание. Дальнейший анализ показал, что выживаемость животных зависела от доступности глюкозы.Когда у мышей, заболевших гриппом, не хватало глюкозы, они в конечном итоге утратили жизненную способность контролировать температуру своего тела, дыхание и / или частоту сердечных сокращений.

Исследователи обнаружили, что ситуация резко изменилась у мышей, инфицированных бактериями Listeria, , случайными причинами пищевого отравления у людей. Когда мыши заболевают Listeria , они, как правило, прекращают есть на некоторое время, прежде чем в конечном итоге возобновят прием пищи и выздоравливают. Однако, в отличие от мышей с вирусом гриппа, когда исследователи дали мышам, инфицированным Listeria даже небольшое количество пищи, все животные погибли.Опять же, все дело в сахаре. Одной глюкозы, вводимой через зонд или инъекцию, было достаточно, чтобы убить мышей, инфицированных Listeria . Причина смерти заключалась не в неспособности вылечить инфекцию: они умерли из-за изменений в их метаболизме, которые ухудшили положение.

ПЭТ-сканирование мышей, страдающих вирусным и бактериальным воспалением, также выявило значительные различия в способе поглощения глюкозы их мозгом. Взятые вместе, эти результаты показывают, что, используя преимущества основных метаболических различий, питание (или его отсутствие!) Может играть важную роль в помощи млекопитающим в успешном реагировании на различные типы инфекций, так же как старые люди «кормят простуду, умирают с голода». лихорадка »подразумевает.

В свете результатов, полученных на мышах, может потребоваться более тщательный анализ, чтобы определить, что составляет оптимальное питание для людей, страдающих широким спектром инфекционных заболеваний. Меджитов говорит, что он и его коллеги сейчас находятся на стадии планирования клинических испытаний на людях, призванных изучить именно эту проблему.

Итак, что делать, если вы или ваш любимый человек заболели простудой, гриппом или другим вирусным заболеванием в этом сезоне? Меджитов благоразумно не решается давать медицинские советы, отмечая, что мыши — не люди, и результаты необходимо повторить и подтвердить на людях.Но пока что кажется, что дать пациенту с типичным вирусным синдромом тарелку мороженого или другого лакомства с высоким содержанием глюкозы, вероятно, не повредит — а может даже помочь. Просто сначала убедитесь, что это не серьезная бактериальная инфекция.

Ссылки :

[1] Противодействие метаболизму натощак на толерантность тканей при бактериальном и вирусном воспалении. Ван А., Хуэн С.К., Луан Х.Х., Ю С, Чжан С., Галлезот Д.Д., Бут С.Дж., Меджитов Р.Челл, 8 сентября 2016 г .; 166: 1-14.

Ссылки :

Руслан Меджитов (Школа медицины Йельского университета, Нью-Хейвен, Коннектикут)

Поддержка NIH: Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний; Национальный институт рака; Национальный институт артрита, скелетно-мышечных и кожных заболеваний; Национальный институт диабета, болезней органов пищеварения и почек

Связанные

Опубликовано в: Здоровье, Наука

Теги: бактерия.грипп, простуда, лихорадка, прием пищи, пищевое отравление, глюкоза, инфекционное заболевание, вирус гриппа, листерия, метаболизм, питание, ПЭТ-сканирование, вирус

Накорми вирус, морите голодом бактериальную инфекцию? — ScienceDaily

Новое исследование подвергает испытанию некую старую народную мудрость «кормить простуду и морить лихорадку голодом». В моделях болезней на мышах исследователи из Йельского университета изучали эффекты предоставления питательных веществ во время инфекции и обнаружили противоположные эффекты в зависимости от того, были ли инфекции бактериальными или вирусными.Мыши с бактериальными инфекциями, которых кормили, умирали, а те, которых кормили вирусными инфекциями, выживали. Газета появится 8 сентября в Cell .

«Мы были удивлены тем, насколько сильными были эффекты кормления, как положительные, так и отрицательные», — говорит старший автор Руслан Меджитов, профессор иммунобиологии Дэвида У. Уоллеса и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза в Йельской школе медицины. «Анорексия — отказ от еды — обычное поведение во время болезни, которое наблюдается у людей и всех видов животных.Наши результаты показывают, что он оказывает сильное защитное действие на одни инфекции, но не на другие ».

В первой серии экспериментов исследователи заразили мышей бактерией Listeria monocytogenes, которая обычно вызывает пищевое отравление. Мыши перестали есть и в конце концов поправились. Но когда мышей насильно кормили, они умирали. Затем исследователи разбили еду на компоненты и обнаружили фатальные реакции, когда мышам давали глюкозу, но не когда им давали белки или жиры.Введение мышам химического вещества 2-DG, которое предотвращает метаболизм глюкозы, было достаточно, чтобы спасти даже мышей, которым давали глюкозу, и позволило им пережить инфекцию.

Когда исследователи провели аналогичные исследования на мышах с вирусными инфекциями, они обнаружили противоположный эффект. Мыши, инфицированные вирусом гриппа A / WSN / 33, выживали, когда их принудительно кормили глюкозой, но умерли, когда им отказывали в пище или давали 2-DG.

Дальнейшие исследования показали, что различные области мозга были затронуты в зависимости от типа инфекции, от которой умерли мыши, что указывает на то, что метаболические потребности животных различаются в зависимости от того, какая часть иммунной системы была активирована.

«Почти все, что мы знаем об инфекции, основано на исследованиях иммунного ответа и изучении того, как иммунная система устраняет патогены», — говорит Меджитов. «Но это не единственный способ защитить себя. Есть также случаи, когда мы меняемся и адаптируемся так, чтобы микробы не причиняли вреда. В нашем исследовании мы манипулировали способностью этих мышей переносить инфекцию и выжить, не делая ничего, что могло бы повлиять на сами патогены «.

Лаборатория Меджитова сейчас изучает влияние другого распространенного болезненного поведения — изменения режима сна — на то, как иммунная система борется с инфекцией.Его команда также проводит дополнительные исследования путей, связанных с предпочтениями в еде, которые могут объяснить тягу людей к определенным продуктам, когда они болеют.

Но он говорит, что их результаты могут иметь и более непосредственное значение для дизайна клинических испытаний, оценивающих преимущества обеспечения питательными веществами пациентов с сепсисом. «Сепсис — серьезная проблема в больничных отделениях интенсивной терапии, которая бросает вызов большинству современных медицинских подходов», — говорит он. «В ряде исследований изучается питание пациентов с сепсисом, и результаты неоднозначны.Но эти исследования не разделяли пациентов на основании того, был ли у них сепсис бактериальным или вирусным. Подразумевается, что пациенты должны быть стратифицированы по причине их сепсиса, и испытания должны быть разработаны на основе этого ».

История Источник:

Материалы предоставлены Cell Press . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Вирусные войны

Каждый день вы вдыхаете более 100 000 000 вирусов.

Антитела помогают вашей иммунной системе сопротивляться.

Вирусы смертельны. Они убивают вдвое больше людей, чем рак — около 15 миллионов человек ежегодно. Вакцины спасли множество жизней, но от большинства вирусов лекарства нет. Понимание того, как работают вирусы, и изучение того, как иммунная система человека справляется с ними, имеет решающее значение для поиска новых методов лечения.

Что такое вирус?

Все вирусы очень просты, они состоят из внешней оболочки из белка, несущего ДНК (или РНК) вируса — генетический код с инструкциями по созданию новых копий вируса.У некоторых вирусов есть дополнительный слой вокруг оболочки, но это все. Несмотря на свою простоту, существует множество различных типов вирусов, которые могут вызывать заболевания от простуды и гриппа до ветряной оспы и СПИДа. M

Вирусов вокруг нас — каждый день мы вдыхаем более 100000000! Большинство из них безвредны, но некоторые могут вызвать недомогание. Вирусы — это крошечные агенты, которые вторгаются в клетки нашего тела и захватывают микроскопические машины внутри наших клеток, чтобы произвести миллионы копий вируса, собирая вирусную армию, которая вырывается из клетки, распространяя вторжение по всему телу.

Вирусы на самом деле не живые — они не растут и не двигаются сами по себе, не питаются и не используют энергию, и они не могут воспроизводиться сами по себе. Вот почему они должны вторгаться в наши клетки — чтобы они могли воспользоваться преимуществами сложных механизмов, питательных веществ и энергии в наших клетках и заставить клетку создавать миллионы копий вируса, используя генетический план, содержащийся в вирусе.

Интересные факты о вирусах

• Вы постоянно подвергаетесь воздействию вирусов — в воздухе, которым вы дышите, и в вещах, которых вы касаетесь, и в воде, которую вы пьете.
• Вирусы могут вызывать огромное количество заболеваний. От вирусов, вызывающих простуду, до вирусов, которые быстро убивают вас (риновирус — простуда; грипп; VZV — ветряная оспа; SARS; Эбола;)
• Во время заражения вирусы вторгаются в ваши клетки для размножения.
• Каждая клетка становится фабрикой вирусов, которая в конечном итоге лопается, выпуская 10 000 новых вирусов , которые могут инфицировать другие клетки (аденовирус).
• Во время инфекции в каждом миллилитре крови может быть несколько миллионов вирусов.
• Человеческое тело использует антитела для борьбы с болезнями. У вас ~ 3×10 ⁷ уникальных антител.
• Форма антитела определяет, с чем оно может связываться. Поскольку у вас так много разных антител, можно распознать практически любую форму.
• После распознавания вторгающегося вируса клетки (В-клетки), которые продуцируют индивидуальное связывающее антитело, стимулируются к делению.
• Каждая клетка-продуцент антитела может продуцировать 2000 молекул антитела в секунду. Через 4-7 дней , антитела (IgG) обнаруживаются в крови.
• Антитела связываются с вирусами, маркируя их как захватчиков, так что белые кровяные тельца могут поглотить и уничтожить их.
• До недавнего времени считалось, что антитела защищают клетки снаружи. TRIM21 связывается с вирусами на внутри клеток .
• TRIM21 отправляет вирусы в систему рециркуляции клетки (протеасому), где вирус уничтожается.
• Антитело в 1000 раз меньше вирусной частицы (аденовируса)
• Два антитела на вирус достаточно, чтобы TRIM21 отправил вирус на уничтожение.
• Понимание того, как работают TRIM21 и антитела, может помочь ученым разработать новые методы лечения вирусной инфекции.

Антитела наносят ответный удар!

Антитела — одно из ключевых средств борьбы с вирусами в арсенале нашей иммунной системы — они представляют собой молекулы, вырабатываемые нашими лейкоцитами для борьбы с захватчиками и сохранения нашего здоровья.У каждого из нас более 10 миллиардов различных видов антител — это означает, что прямо сейчас внутри вас больше разных антител, чем людей в мире.

Хотя все антитела имеют одну и ту же основную Y-образную форму (см. Рисунок), они могут иметь любую форму на своих «концах», поэтому для каждой формы вируса найдется антитело, которое можно сопоставить. Антитела правильной формы для вируса будут прилипать к нему и предупреждать ваши клетки об уничтожении вируса. Это также превращает клетку, которая производит антитела правильной формы, в невероятную фабрику по производству антител, производящую 2000 антител каждую секунду!

Антитела, антигены и антибиотики

Все они могут начинаться со слова «Анти», но означают очень разные вещи…

Антитела — это белки, которые распознают и связывают части вирусов, чтобы нейтрализовать их.Антитела вырабатываются нашими лейкоцитами и являются основной частью реакции организма на борьбу с вирусной инфекцией.
Запомнить меня по: Anti body — Body protection

Антигены — это вещества, которые заставляют организм вырабатывать антитела, например вирусный белок. Антитела связывают антигены очень специфично, как замок и ключ, нейтрализуя вирус и предотвращая его дальнейшее распространение.
Запомнить меня по: Antigen — Anti body Gen erator

Антибиотики — это вещества, убивающие бактерии.Они не способны нейтрализовать вирусы. Бактерии могут стать устойчивыми к антибиотикам, поэтому их неправильное использование для лечения небактериальных инфекций может иметь серьезные последствия, в результате чего антибиотик станет неэффективным.
Запомнить меня по: Anti b ioti c — Anti b a c teria

Вирусы живы?

Это действительно сложный вопрос. Вирусы намного проще, чем другие организмы, которые мы определенно считаем живыми.Например, у вас около 25 000 генов, а у ВИЧ — восемь. Но простое не обязательно означает не живое.

Вирусы также должны использовать клетку-хозяин — и все ее сложные механизмы — для репликации. Это означает, что вирус не может размножаться без хозяина. Но тогда то же самое можно было бы сказать о головной вше, и мы бы точно назвали вошь живой. Итак, с чего мы начнем?

Прежде всего, вы должны четко понимать, что мы подразумеваем под живым.Некоторые из этих дискуссий граничат с философией, но самый простой способ — перечислить общие черты всех живых существ. Составить список, который включает все признанные формы жизни, но исключает другие повторяющиеся вещи (например, огонь), сложно. Тем не менее, вот обычно используемый список характеристик, которые разделяют большинство известных живых существ:

• Рост
• Репродукция
• Метаболизм (извлечение пищи из окружающей среды и превращение ее в себя)
• Гомеостаз (поддержание регулируемой внутренней среды)
• Реагирование на раздражители
• Организация (имеющая какую-то внутреннюю структуру, вроде ячеек)
• Evolution

Люди делают все это, а вирусы делают в лучшем случае четыре из них.Вирусы не растут, не метаболизируются и не поддерживают постоянную внутреннюю среду. Итак, согласно этому определению, вирусы не живые.

Вирусы — крайние «халявщики» — они проникают в наши клетки, поедают нашу пищу и полагаются на наш гомеостаз (их любимой температурой оказывается температура тела!)

Вакцинация — укрепление иммунной системы

Вы когда-нибудь задумывались, что именно находится в игле, когда вам делают вакцину, или как она защищает вас от болезни?

Вакцина против вируса на самом деле содержит вирус — обычно либо мертвую, либо ослабленную, либо немного другую версию вируса, от которой она защищает вас.Преднамеренное введение вируса может показаться очень странным подходом к предотвращению инфекций, но это действительно эффективная стратегия, потому что ваша иммунная система реагирует на вакцину и вырабатывает множество специфических антител, имеющих правильную форму для вируса вакцины. Как только вы выработали антитела к цели, ваша иммунная система «запоминает» формы эффективных антител. Это означает, что если вы получили вакцину, а затем заразились настоящим вирусом, ваша иммунная система имеет фору и быстро вырабатывает множество нужных антител, которые уничтожают вирус до того, как он сможет распространиться через ваш организм. тело и сделать тебя больным.

Первая успешная вакцина была разработана в 1796 году против вируса оспы, от которого в 20 веке погибло около 500 миллионов человек. Вакцина чрезвычайно хорошо защищала людей от инфекции, и ее вводили людям по всему миру, так что в 1979 году оспа была официально объявлена ​​вымершей. Это удивительный пример того, насколько мощными могут быть вакцины и антитела в защите от инфекции.

Удивительное влияние сахара на иммунную систему

Вы кормите лихорадку и морите голодом простуду? Или все наоборот? Я не могу вспомнить.Я никогда не заботился об этом. Я думал, что это просто то, что люди говорят, когда не знают, что еще сказать.

Руслан Меджитов заботится. Он выдающийся профессор иммунобиологии Йельского университета. А в сегодняшнем журнале Cell его команда показала некоторые впечатляющие преимущества голодания при бактериальном заболевании, но при этом от заражения вирусным заболеванием.

Это противоречит стандартным советам врачей, которые отражены на бастионе утешения, WebMD:

Вы морите голодом простуду и кормите лихорадку, когда чувствуете себя плохо? … Хорошие новости: голодать никогда не будет правильным ответом.Когда вы придерживаетесь полноценной и сбалансированной диеты, в нее вступают многие другие факторы, которые поддерживают оптимальное функционирование вашего тела.

Это правда, что различать лихорадку бесполезно. И бактерии, и вирусы могут вызывать лихорадку. А целостные преимущества хорошо сбалансированной диеты сложно переоценить. Но в случае инфекционных заболеваний правило, открытое Меджитовым, похоже, имеет смысл. Как он впервые выразился: «Изморите бактериальную инфекцию голодом и засейте вирусную инфекцию».

Углеводы, как и другие макроэлементы, не просто хороши или плохи.

Если быть более точным, мы не кормим и не морим сами бактерии или вирусы голодом, но мы можем модулировать различные типы воспаления , вызываемого этими инфекциями . «Я хочу быть здесь осторожным, чтобы не упрощать и не обобщать», — предупредил Меджитов. Таким образом, наиболее точный и убедительный способ выразить это так: «Пост имеет противоположных последствий при различных типах воспалений».

И под противоположностью он подразумевает противоположность, жизнь и смерть.Таким образом, его новые открытия могут изменить не только то, как мы едим, когда заболеем простудой, но и то, как врачи лечат конечные стадии инфекций — когда они распространяются по крови и становятся известными как сепсис, состояние, которое убивает тысячи человек каждый год.

* * *

Все начинается с мысли, что потеря аппетита — это симптом многих болезней. Почему? Разве не лучше подкрепиться всеми доступными питательными веществами?

Временная потеря аппетита известна врачам как анорексия (не путать с нервной анорексией).Меджитов считает анорексию наряду с другими распространенными, но довольно загадочными «болезненными формами поведения», включая изменение режима сна, депрессию и социальную изоляцию. Он был очарован тем, как эти вещи могут способствовать нашему выживанию. Следует ли их обнимать — слушайте, что говорит вам ваше тело, — или сражаться?

Популярная идея временной анорексии состоит в том, что она, кажется, возникает по определенной причине: она защищает нас от определенных инфекций. Мы изменяем свой метаболизм, чтобы лишить инвазивные виды топлива.Поскольку питательных веществ и минералов становится мало, инфекционный организм будет голодать раньше, чем наш организм. Это гонка до дна.

Рассмотрим классическую бактерию пищевого отравления Listeria monocytogenes . Команда Меджитова заразила группу мышей Listeria, и, как и следовало ожидать, мыши перестали есть. В конце концов они выздоровели. Но когда исследователи кормили мышей той же пищей — насильно кормили их, так как у них не было аппетита, — они умерли.

Почему именно это могло произойти? Поддерживал ли инфекцию какой-то конкретный элемент в пище?

Чтобы понять это, команда Йельского университета разбила пищу на макроэлементы (жиры, липиды и углеводы).И действительно, казалось, что мыши могут пережить болезнь, если их насильно кормить белками или жирами. Чего они не могли взять, так это сахара , глюкозы .

(Глюкоза приходит к нам не только в виде того, что мы традиционно считаем сахаром, но и из любой крахмалистой пищи, такой как рогалики или крекеры, где углеводные цепи расщепляются на глюкозу во рту и желудке.)

Чтобы еще раз проверить это эти негативные эффекты сахара были реальными, исследователи скармливали глюкозу некоторым мышам, а затем вводили спасательный препарат (2-дезокси-D-глюкоза), который блокирует способность организма усваивать эту глюкозу, — и они выжили.Казалось бы, в случае этой инфекции бактерии нужно лишить сахара.

Это своего рода ошибочное мышление, которое заставляет людей совершать чистки, без надобности лишать себя пищи и рисковать еще больше. История намного шире, чем отказ от сахара. При других заболеваниях глюкоза кажется полезной. Даже критично.

Когда Меджитов заразил мышей вирусом гриппа, вероятность выживания мышей была на больше, чем на , если их принудительно кормить.Отказ от еды, особенно глюкозы, либо путем отказа от еды, либо путем введения антагониста 2-дезокси-D-глюкозы, приводил к гибели мышей. Как пишут исследователи в журнале, при гриппе «подавление утилизации глюкозы смертельно». В то время как глюкоза была «необходима для выживания в моделях вирусного воспаления, в моделях бактериального воспаления она была смертельной».

Как такое могло быть?

Этот механизм, похоже, не имеет ничего общего с голоданием инфекционного агента.Скорее, это связано с модуляцией наших собственных реакций на инфекции. Здесь мы имеем дело с двумя очень разными типами воспаления. В одном случае глюкоза усугубляет воспаление. С другой стороны, это критически важно для выживания.

* * *

Когда вы прекращаете есть, организм начинает использовать жировые запасы для получения калорий. Продолжайте голодать, и вы начнете преобразовывать часть этого жира в кетоны. Этот переход от сжигания глюкозы к сжиганию жира и выработке кетонов (кетогенез) обычно называют переходом к «метаболизму натощак».

Этот переключатель кажется важным — даже необходимым — в реакции организма на бактериальный сепсис. Кетогенез ограничивает образование в организме веществ, известных как активные формы кислорода, которые могут повредить клетки. Когда вы вводите глюкозу (например, если вы едите сахар или любой углевод, который расщепляется на сахар), переход на метаболизм натощак отменяется. Сахар вызывает высвобождение гормона инсулина, который сообщает организму, что нам не нужно использовать наши жировые запасы, что приводит к полной остановке кетогенеза.Таким образом, когда мышам давали глюкозу, воспалительный процесс вызвал повреждение нейронов в головном мозге, что привело к конвульсии и смерти мышей.

«Будем надеяться, что если мы разделим пациентов по причине сепсиса… это поможет справиться с этим ужасным состоянием».

Между тем вирус вызвал другой тип сепсиса, при котором удаление глюкозы было неизменно летальным. В этом случае казалось, что глюкоза необходима для адаптации к стрессу вирусного воспаления, предотвращая стресс-опосредованный апоптоз (гибель клеток).Без этого область в стволе мозга была разрушена воспалением, и мыши перестали бы дышать.

Вместе эти механизмы пересматривают типичный подход к лечению инфекционных заболеваний. Манипуляции Меджитова были направлены не на убийство патогена как такового или голодание, а на использование питания для модуляции реакции хозяина.

Но будет ли то же самое работать с людьми? Можем ли мы есть, чтобы резко изменить наши иммунные реакции? Можем ли мы принять 2-дезокси-D-глюкозу для временного блокирования метаболизма глюкозы?

Меджитов считает эту идею «очень интересной», особенно потому, что сепсис — неизлечимое заболевание.Единственное известное лечение — это антибиотики и механические меры по поддержанию сердцебиения человека до тех пор, пока процесс не утихнет. Это непредсказуемо. Таким образом, команда Йельского университета планирует быстро перейти к проверке этого в клинических испытаниях на людях.

Уменьшение потребления калорий уже проверялось на людях с сепсисом, но результаты были неоднозначными. Как следствие, реаниматологи рекомендуют придерживаться сбалансированной диеты. (Как указывает врачам одного из руководств Стэнфордской школы медицины: «Питание, будь то энтеральное или парентеральное [через кишечник или в вену], нельзя игнорировать, учитывая высокие метаболические потребности пациента с сепсисом.»)

Но Меджитов считает, что причина того, что клинические результаты голодания во время сепсиса были неоднозначными, заключается в том, что пациенты не были разделены на основе того, было ли их воспаление результатом бактерии или вируса:« Надеюсь, если мы разделим пациентов на основе причины сепсиса, — сказал он, — которые могут помочь справиться с этим ужасным состоянием.

В принципе, однажды врач может поставить диагноз вместе с конкретной диетической рекомендацией. Это может ускорить выздоровление и ограничить глобальный кризис чрезмерного использования антибиотиков.Это может даже быть — не решаюсь сказать в разгар эпидемии диабета — предлогом для употребления сахара.

Это подчеркивает тот критический момент, что углеводы, как и другие макроэлементы, не просто хороши или плохи. Несмотря на любые диетические пристрастия, которые появляются на следующей или следующей неделе. Как заключают исследователи из Йельского университета, их работа «подразумевает различную потребность в метаболическом топливе в зависимости от инфекции». То есть, по мере того, как в этой области накапливается все больше исследований, появляется понимание того, что нам следует считать пищу лекарством.

В ближайшей перспективе, вывод Меджитова состоит в том, чтобы следовать нашим пристрастиям, когда мы больны, потому что они могут отражать эволюционные механизмы, которые превратились в защитные. немного чая и меда. Возможно, таким образом организм сообщает нам, что нам нужна глюкоза. Я подозреваю, что у нас есть эти механизмы, которые говорят нам, что мы предпочитаем есть (или не есть), когда мы больны. Это те механизмы, к которым нам, вероятно, следует прислушаться ».

Что такое вирус? Как они распространяются? Как они вызывают тошноту?

Вирусы — самые распространенные биологические объекты на Земле.По оценкам экспертов, их около 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000, и если бы все они были выстроены в линию, они простирались бы от одной стороны галактики до другой.

Вы можете думать о них как о собственной нанотехнологии природы: молекулярные машины с размерами в нанометровом масштабе, оборудованные для вторжения в клетки других организмов и захвата их для воспроизводства. Хотя подавляющее большинство из них безвредны для людей, некоторые могут вызвать заболевание, а некоторые даже быть смертельными.

Вирусы живы?

Вирусы полагаются на клетки других организмов, чтобы выжить и размножаться, потому что они не могут улавливать или хранить энергию сами.Другими словами, они не могут функционировать вне организма-хозяина, поэтому их часто считают неживыми.

Вне клетки вирус оборачивается в независимую частицу, называемую вирионом. Вирион может «выжить» в окружающей среде в течение определенного периода времени, что означает, что он остается структурно неповрежденным и способен заразить подходящий организм при контакте с ним.

Когда вирион прикрепляется к подходящей клетке-хозяину — это зависит от белковых молекул на поверхности вириона и клетки — он может проникать в клетку.Попав внутрь, вирус «взламывает» клетку, чтобы произвести больше вирионов. Вирионы выходят из клетки, обычно разрушая ее в процессе, а затем уходят, чтобы заразить другие клетки.

Оживляет ли этот «жизненный цикл» вирусы? Это философский вопрос, но мы можем согласиться с тем, что в любом случае они могут иметь огромное влияние на живые существа.

На этой иллюстрации показана форма частицы коронавируса. CDC / Алисса Экерт, MS; Дэн Хиггинс, МАМ, CC BY

Из чего состоят вирусы?

В основе вирусной частицы лежит геном, длинная молекула, состоящая из ДНК или РНК, которая содержит генетические инструкции для воспроизведения вируса.Он завернут в оболочку из белковых молекул, называемую капсидом, которая защищает генетический материал.

Некоторые вирусы также имеют внешнюю оболочку из липидов, которые представляют собой жирные органические молекулы. Коронавирус, вызывающий COVID-19, является одним из таких «оболочечных» вирусов. Мыло может растворить эту жировую оболочку, что приведет к разрушению всей вирусной частицы. Это одна из причин, по которой мытье рук с мылом так эффективно!

Что атакуют вирусы?

Вирусы похожи на хищников с определенной добычей, которую они могут распознать и атаковать.Вирусы, которые не распознают наши клетки, будут безвредными, а некоторые другие заразят нас, но не будут иметь последствий для нашего здоровья.

Многие виды животных и растений имеют свои собственные вирусы. У кошек есть вирус кошачьего иммунодефицита или FIV, кошачья версия ВИЧ, которая вызывает СПИД у людей. Летучие мыши являются переносчиками различных видов коронавируса, один из которых считается источником нового коронавируса, вызывающего COVID-19.

Бактерии также содержат уникальные вирусы, называемые бактериофагами, которые в некоторых случаях могут использоваться для борьбы с бактериальными инфекциями.

Вирусы могут мутировать и объединяться друг с другом. Иногда, как в случае с COVID-19, это означает, что они могут менять вид.

Почему некоторые вирусы настолько смертоносны?

Самыми важными для человека являются те, которые заражают нас. Некоторые семейства вирусов, например вирусы герпеса, могут оставаться в организме в спящем состоянии в течение длительных периодов времени, не вызывая негативных последствий.

Сколько вреда может нанести вирус или другой патоген, часто называют его вирулентностью.Это зависит не только от того, какой вред он причиняет инфицированному человеку, но и от того, насколько хорошо вирус может избегать защитных сил организма, воспроизводиться и распространяться среди других носителей.

С точки зрения эволюции, вирус часто идет на компромисс между репликацией и причинением вреда хозяину. Вирус, который безумно размножается и очень быстро убивает своего хозяина, может не иметь возможности распространиться на новый хозяин. С другой стороны, вирус, который медленно размножается и причиняет небольшой вред, может иметь достаточно времени для распространения.

В чем разница между COVID-19 и гриппом?

Как распространяются вирусы?

Когда человек заражается вирусом, его тело становится резервуаром вирусных частиц, которые могут высвобождаться с жидкостями организма — например, при кашле и чихании — или при сбрасывании кожи, а в некоторых случаях даже при прикосновении к поверхностям.

---

---

Затем вирусные частицы могут попасть либо на нового потенциального хозяина, либо на неодушевленный объект. Эти зараженные объекты, известные как фомиты, могут играть важную роль в распространении болезней.

Новый коронавирус, вызывающий COVID-19 (желтый), выходящий из поверхности клеток (синий / розовый), культивируемых в лаборатории. NIAID Rocky Mountain Laboratories (RML), NIH США, CC BY

Что такое коронавирус?

Коронавирус COVID-19 является членом семейства вирусов coronaviridae , или коронавирусов. Название происходит от появления вирусных частиц под микроскопом: крошечные выступы белка на их поверхности означают, что они кажутся окруженными гало-подобной короной.

Другие коронавирусы были ответственны за смертельные вспышки серьезного острого респираторного синдрома (SARS) в Китае в 2003 году и ближневосточного респираторного синдрома (MERS) в 2012 году. Эти вирусы относительно часто мутируют, что позволяет им передаваться людям.

Что такое вирус? — Как работают вирусы

Если вы читали «Как работают клетки», вы знаете, как работают как клетки бактерий, так и клетки вашего тела. Клетка — это отдельное живое существо, способное есть, расти и воспроизводиться.Вирусы не такие. Если бы вы могли взглянуть на вирус, вы бы увидели, что вирус — это крошечная частица. Частицы вируса имеют длину примерно от одной миллионной дюйма (от 17 до 1000 нанометров) [источник: Майло и Филлипс].

Большинство вирусов во много раз меньше бактерий, хотя гигантские вирусы — впервые обнаруженные в 2003 году — имеют примерно такой же размер [источник: Pennisi]. Бактерии, в свою очередь, намного меньше, чем большинство клеток человека. Вирусы настолько малы, что большинство из них невозможно увидеть в световой микроскоп, но их необходимо наблюдать с помощью электронного микроскопа.

Вирусная частица, или вирион, состоит из следующего:

• Нуклеиновая кислота — набор генетических инструкций, ДНК или РНК, одноцепочечных или двухцепочечных (см. Как работают клетки для получения подробной информации о ДНК и РНК)
• Покрытие из белка — окружает ДНК или РНК для ее защиты
• Липид мембрана — окружает белковую оболочку (встречается только у некоторых вирусов, включая грипп; эти типы вирусов называются обернутые вирусы в отличие от голых вирусов)

Вирусы широко различаются по своей форме и сложности.Некоторые выглядят как круглые шары попкорна, а другие имеют сложную форму, похожую на паука или посадочного модуля Аполлона.

В отличие от человеческих клеток или бактерий, вирусы не содержат химических механизмов (ферментов), необходимых для проведения химических реакций на протяжении всей жизни. Вместо этого вирусы несут только один или два фермента, которые расшифровывают их генетические инструкции. Итак, у вируса должна быть клетка-хозяин (бактерия, растение или животное), в которой он может жить и производить больше вирусов. Вне клетки-хозяина вирусы не могут функционировать.