Что будет с нами, если все вирусы исчезнут?

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".

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.

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".

Как стареет иммунитет человека

Когда речь заходит о старости, мы нередко представляем себе организм как набор изношенных частей, которые не в состоянии выполнять свои прямые функции. Для иммунной системы это верно лишь отчасти. Пожилые люди действительно чаще болеют, например респираторными инфекциями, и переносят это тяжелее молодых, но вовсе не потому, что их иммунные клетки и органы не работают. Напротив, они трудятся день и ночь, просто заняты куда более важным делом — борьбой с собственным телом.

Иммунная система животного занята тем, что отвечает на философский вопрос «что есть я?» на практике. Ее основная функция — отличать «я» от «не я», то есть свое от чужого, и это чужое уничтожать. Задача не из легких, особенно если учесть, что в организме человека живут сотни типов клеток, заполненных десятками тысяч молекул, а атаковать его могут сотни паразитов (и это не считая собственные опухоли). Ответ иммунитета обычно звучит так: «Я — это набор знакомых, привычных молекул. То, что я впервые вижу, — это не я».

Стреляю без предупреждения

Самый простой способ распознать врага — составить его фоторобот, примерный список черт, которыми он может обладать. На молекулярном уровне это тоже возможно: наши паразиты от нас эволюционно очень далеки и в их организме есть множество структур, которые не встречаются у нас. Это, например, кутикулы (плотные покровы) многих червей, клеточные стенки бактерий, капсиды (белковые оболочки) вирусов и так далее. В их составе есть молекулы, которые ни при каких условиях не возникают сами по себе в организме человека, это образы патогенности, или PAMP (pathogen-associated molecular patterns). На иммунных клетках человека есть к ним рецепторы — своего рода ориентировки: если рецептор распознал РАМР, значит, в организм проник паразит и в него можно стрелять на поражение.

Иногда рецепторы к образам патогенности есть и на обычных, не иммунных клетках организма. Это нужно, чтобы, например, почувствовать вирус, пробравшийся внутрь клетки, и подать сигнал бедствия.

Но в основном патогенный дозор несут профессионалы — клетки врожденного иммунитета. Это макрофаги, которые специализируются на поедании противника (фагоцитозе), и гранулоциты, которые поливают врага токсичными веществами (паралитическими ядами и свободными радикалами).

Макрофаг гоняется за бактерией

Как только клетка врожденного иммунитета чувствует присутствие врага, она не только готовится к атаке, но и сигнализирует коллегам об опасности, выделяя провоспалительные белки. Они действуют на окружающие иммунные клетки, заставляя их активнее двигаться и производить больше токсинов. Совокупность этих боевых действий называют воспалением.

Помимо охоты за чужаками, иммунные клетки часто подрабатывают спасателями, разбирая завалы в поврежденных тканях и перемалывая (точнее, переваривая с помощью фагоцитоза) осколки внеклеточных молекул и останки клеточных тел. Но, чтобы вовремя среагировать на чрезвычайное происшествие в том или ином органе, им необходимо распознать сигналы собственных клеток, терпящих бедствие. Такими сигналами служат стрессорные молекулы, или алармины, или DAMP (danger-associated molecular patterns), — вещества, которые в норме не покидают пределов клеток и не оказываются в крови, например ДНК и связанные с ней белки, митохондриальные молекулы или АТФ, энергетическая «валюта» клетки.

Набор ориентировок у врожденного иммунитета невелик и способен распознать только ограниченное число молекул. С этой точки зрения очень удобно, что многие алармины похожи по своей структуре на образы патогенности. Например, жиры из внутренней мембраны митохондрий чем-то напоминают жиры из бактериальных оболочек (и это неудивительно, ведь митохондрия — бывшая бактерия). Поэтому иммунные клетки развивают одинаковое воспаление вне зависимости от того, чей труп встретился на их пути — раненого врага или пострадавшего друга. И эта система эффективна, пока ткани не начинают стареть и умирать начинают буквально все подряд.

Специалисты узкого профиля

Система врожденного иммунитета надежна, но работает медленно и неповоротливо. Военные, которым раздали список врагов, оказываются бессильны, когда враг маскируется под мирных жителей (как это делают, например, раковые клетки) или сбривает усы, становясь хоть немного непохожим на свой фоторобот. Чтобы гарантированно вычислить чужака, позвоночные животные обзавелись системой приобретенного иммунитета, которая состоит из высокоспециализированных клеток — лимфоцитов.

Каждый В- или Т-лимфоцит знает в лицо лишь одну молекулу на броне врага — антиген. Встретившись с ним, лимфоцит начинает делиться, создавая собственные клоны. Затем новорожденные солдаты атакуют: В-лимфоциты обстреливают врага антителами, а Т-лимфоциты — разрушают его мембрану, чтобы запустить в противнике апоптоз (в тех случаях, когда враг — клетка).

Одержав победу, лимфоциты никуда не исчезают и остаются жить в организме, превращаясь в клетки памяти. Если тот же враг попробует второй раз сунуться на чужую территорию, Т- и В-клетки отреагируют гораздо быстрее, чем в первый раз: их стало больше и им не нужно размножаться, а можно сразу идти в бой. Именно поэтому, например, человек не болеет столбняком после прививки: вакцина работает как тренажер, запуская образование клеток памяти, и, если столбнячная палочка снова оказывается в крови, лимфоциты уничтожают ее быстрее, чем их хозяин успеет заметить симптомы болезни.

Как отредактировать наследственность

Система CRISPR/Cas состоит из компонентов адаптивной иммунной системы бактерий, адаптированных для работы в клетках высших организмов (эукариот), включая человека. С ее помощью можно не только изучать тяжелые, в том числе наследственные, заболевания, но и создавать модели для разработки новых способов их лекарственной и генной терапии.

Метод редактирования геномов под названием CRISPR/Cas, позволяет манипулировать хромосомной ДНК прямо в живых клетках.

Еще c начала прошлого века ученые пытались понять принципы наследования признаков, хранения, воспроизведения и передачи генетической информации. И их усилия не пропали даром: постепенно были выяснены роль и функции в этих процессах основных «молекул жизни» – ДНК, РНК и белков. Раскрытие материальных основ наследственности и изменчивости организмов по праву было признано одним из важнейших научных достижений человечества XX в.

Наконец, благодаря усилиям тысяч ученых, были разработаны методы манипуляции с молекулами нуклеиновых кислот – носителей наследственной информации. Были открыты эндонуклеазы рестрикции (группа ферментов, катализирующих реакцию гидролиза нуклеиновых кислот) и разработаны методы клонирования ДНК. Все эти открытия привели к формированию новой науки – генетической инженерии.

Рубеж между прошлым и нынешним веком был отмечен еще одним важнейшим событием – завершением международного проекта «Геном человека», основной целью которого была расшифровка (определение нуклеотидной последовательности) ДНК всего генома человека. Критики этого проекта утверждали, что его осуществление – пустая трата огромных денежных и людских ресурсов, которая породит больше вопросов, чем ответов. Однако если сейчас трезво взглянуть на результаты этого проекта, то станет очевидно, что он внес неоценимый вклад в развитие современной, в том числе персонализированной, медицины.

В результате его реализации стало возможным раскрытие молекулярных механизмов тысяч наследственных заболеваний, развитие которых связанно с конкретными мутациями – вариантами последовательности ДНК различных генов. Сегодня уже ни для кого не секрет, что и предрасположенность к возникновению многих тяжелых и распространенных болезней, таких как рак, сахарный диабет и гипертония, также определяется генетически. И проект «Геном человека», безусловно, создал основу для лучшего понимания подбных явлений.

При редактировании генома с помощью системы CRISPR/Cas9 маленькая «руководящая» молекула РНК (sgRNA) направляет белок-фермент Cas9 к целевой последовательности ДНК, комплементарно соединяясь с нужным участком (справа). Сredit: Prof. Feng Zhang, Broad Institute & Massachusetts Institute of Technology

Таким образом, к началу XXI в. человечество подошло с огромным багажом знаний о геноме человека и многих других организмов, а также с набором различных методов для его исследования. Казалось бы, чего еще желать? Конечно же, научиться легко и эффективно манипулировать геномами в живых клетках и организмах! Но не является ли это вполне естественное желание лишь очередным капризом ученых?

Все мы знаем, что такое хирургия. Очень упрощенно суть этого медицинского направления заключается в инструментальном удалении больного органа или его части. В случае же трансплантационной хирургии удаленный орган заменяют другим, здоровым. А теперь представьте себе, что аналогичную операцию можно провести на геноме: вырезать «больную» часть молекулы, содержащую мутацию, и заменить ее «здоровой»! Задача, безусловно, более чем актуальная и жизненно важная. Однако для ее решения необходимы соответствующие инструменты. Если хирург пользуется скальпелем или лазером, то для исследователя, который производит операцию на молекуле ДНК, требуются молекулы-инструменты, соответствующие ей по размерам и обладающие высокой точностью.

Родиться баобабом

Зависть, возможно, это наимощнейший фактор биологической и социальной эволюции человека. Присядет он в тени, к примеру, баобаба и думу думает: «Когда наше племя пришло сюда, этот старый баобаб стоял, под ним сидел мой прапрадед, и прадед сидел, и дед, и отец. Вот теперь сижу я, и сын будет сидеть, и внук, и правнук. Потом все умрут, или племя уйдет, а дерево все будет жить? Обидно, да!». Завистливый интерес человечества к видам долгоживущим совершенно понятен: вдруг удастся узнать нечто, что позволит и нам жить дольше, как тот же баобаб. Именно поэтому большое внимание ученых привлекает огромное количество природных моделей как замедленного, так и ускоренного старения. И, как при изучении многих других биологических феноменов, чем дальше эти «модели» отстоят от привычных лабораторных животных, тем более удивительные способы решения проблемы старения они используют

Чаще всего термин старение применяется для многоклеточных организмов. Считается, что большинство одноклеточных потенциально бессмертны, так как при размножении они делятся симметрично на два организма, идентичных родительскому. Однако в последнее время даже у некоторых бактерий были открыты процессы неравного деления. Так, обитатель пресноводных водоемов бактерия Caulobacter crescentus делится асимметрично, формируя одну крупную клетку, прикрепленную к субстрату, и мелкую, свободно плавающую в среде. Со временем первая «материнская» клетка замедляет процесс деления, выказывая признаки старения (Ackermann et al., 2003).

У пекарских дрожжей от крупной материнской клетки отпочковываются мелкие дочерние. Сама материнская клетка стареет и после определенного числа клеточных делений погибает.

При размножении у пекарских дрожжей от крупной материнской клетки отпочковываются мелкие дочерние, причем сама материнская клетка, претерпев определенное число делений, погибает. Признаками старения дрожжевой клетки служат увеличение размера, потеря тургора (внутриклеточного давления), удлинение клеточного цикла, ослабление синтеза белка, накопление внехромосомной ДНК и др. (Clay and Barral, 2013). Интересно, что материнские клетки избирательно отдают своим «дочерям» более эффективные митохондрии (органеллы, ответственные за производство энергии в клетке).

У другого вида дрожжей – ​пивных – ​клетки делятся симметрично и потенциально бессмертны, но лишь в благоприятных условиях. При тепловом или окислительном стрессе в одну из дочерних клеток собираются все крупные нефункциональные агрегаты белков – ​такая клетка в последующем погибает (Coelho et al., 2013). Так что даже одноклеточные организмы могут служить важными природными моделями для исследования процессов старения.

У многоклеточных также есть потенциально бессмертные клетки – ​половые, а вот соматические клетки запрограммированы на смерть. Одной из важных черт старения у этих организмов является постепенная утрата стволовых клеток, которые способны к самообновлению и в ходе дифференцировки могут превращаться во все другие виды соматических клеток. Поэтому утрата стволовых клеток очень замедляет или делает невозможным обновление различных тканей.

Как стареет клетка

В настоящее время исследователи все больше задаются вопросом, как происходит старение на уровне одной клетки. Рассмотрим несколько важнейших механизмов, вовлеченных в этот процесс.

Во-первых, это нарушения первичной структуры и эпигенетического (не затрагивающего структуру) статуса геномной ДНК. Огромное количество как внешних, так и внутренних факторов влияют на геном, вызывая множество мутаций ДНК: точечные замены отдельных нуклеотидов, двухцепочечные разрывы, хромосомные перестройки (например, инверсии – ​поворот участка хромосомы на 180°), укорочение концевых (теломерных) районов хромосом и т. д.

Системы репарации (ремонта ДНК) позволяют успешно справляться со многими такими нарушениями – ​от надежности их работы зависит способность организма противостоять естественным повреждениям генома. Ослабление систем репарации неизменно ведет к сокращению продолжительности жизни. Особенно чувствительна к мутагенным процессам ДНК митохондрий, так как процессы репарации в этих клеточных органеллах ослаблены, к тому же для них характерны высокие концентрации активных форм кислорода и других опасных метаболитов.

Компьютерная модель фибрилл, образованных амилоидным пептидом Aβ42, дает представление об организации и составе амилоидных бляшек в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.

Есть много генов, активность которых с возрастом закономерно меняется по причинам, связанным с эпигенетическими изменениями, в частности, с метилированием ДНК, которое препятствует считыванию с нее генетической информации. Так, на сегодня известно около 400 эпигенетических маркеров (сайтов CPG-динуклеотидов), уровень метилирования которых отражает процессы старения организма. У большинства таких генов значение этого показателя с возрастом растет, а их активность, соответственно, падает. К этой группе относятся, например, гены, отвечающие за формирование нервных синапсов и дифференцировку нейроэпителиальных клеток. У других генов уровень метилирования с возрастом, напротив, падает. Эти гены имеют отношение к дифференцировке лейкоцитов и метаболизму нуклеиновых кислот (Horvath, 2013; Thomson, von Holdt, Horvath

В последнее время довольно большая роль в клеточном старении отводится таким эпигенетическим процессам, как модификация гистонов – ​обширного класса белков клеточного ядра, участвующих, в том числе, в упаковке нитей ДНК, а также метилирование (присоединение метильной группы (–CH3) без изменения нуклеотидной последовательности) ДНК (Han and Brunet, 2012).

Вторым важным механизмом старения является накопление белков с неправильной структурой. Агрегация неправильно свернутых белков с образованием амилоидов связана с развитием возрастных прогрессирующих нейродегенеративных расстройств, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

В-третьих, при клеточном старении изменяются сигнальные пути – ​молекулярные механизмы, обеспечивающие передачу сигналов внутри клетки. Например, так называемого каскада инсулина / инсулиноподобного фактора роста, который влияет на множество клеточных процессов, таких как энергетический обмен, ответ на стресс и др. Этот путь вовлечен в процессы клеточного старения у широкого круга организмов, включая кишечнополостных, круглых червей, насекомых и млекопитающих.

Что касается окислительного стресса, который, как показано в ряде работ, вносит значительный вклад в процессы старения, то здесь ситуация неоднозначна. Имеются экспериментальные данные, что небольшие «порции» окислительного стресса, получаемые в результате физических упражнений или импульсного голодания, напротив, тренируют антиоксидантные защитные механизмы. И, соответственно, ведут к увеличению продолжительности жизни.

Многоклеточные «кощеи»

Все многоклеточные организмы относятся к так называемым эукариотам – ​организмам с оформленным клеточным ядром. И даже среди этих высших организмов мы сталкиваемся с феноменом полного потенциального бессмертия, характерного для прокариотов (бактерий и архей).

Такие «кощеи бессмертные» встречаются у некоторых типов беспозвоночных животных, лишенных билатеральной симметрии. Например, у гидроидных полипов/медуз из рода Turritopsis.

Представители вида Turritopsis dohrnii считаются бессмертными, потому что не проявляют признаков старения, связанных с возрастом. На «юношеской» стадии они представляют собой неподвижную форму – ​полип, а на следующей стадии полового размножения – ​свободно плавающую медузу. Самое удивительное, что после размножения эти организмы не умирают, а превращаются обратно в незрелых полипов. И такой цикл может повторяться многократно.

Одно из деревьев-долгожителей – сосна остистая межгорная. Продолжительность ее жизни достигает нескольких тысячелетий. © Creative Commons

У этих многоклеточных животных всегда имеются стволовые клетки, способные дифференцироваться в клетки различных тканей и участвовать в регенерации любых органов. Вероятно, именно это и дает им бессмертие. Однако в процессе эволюции у более сложноорганизованных форм эта способность была утрачена, что, скорей всего, было связано с необходимостью бороться со злокачественным перерождением клеток в раковые.

При этом между сложностью организации и продолжительностью жизни прямых связей не обнаруживается. Так, если губки, одни из наиболее примитивных многоклеточных животных, живут до 15 тыс. лет, а киты, относящиеся к млекопитающим, лишь до 200 лет, то не слишком сложно устроенный круглый червь Caenorhabditis elegans вообще не имеет стволовых клеток и живет всего пару недель.

Кошки и гены

На Земле живет полмиллиарда домашних кошек. Они ловят мышей, украшают жизнь своим хозяевам, воюют с собаками и голубями и служат … замечательным объектом для генетических исследований. В этой статье специалисты-генетики рассказывают о современных взглядах на устройство, функционирование и эволюцию кошачьего генома и обсуждают перспективы развития генетики кошки на ближайшие десять лет.

Как устроен кошачий геном

«Классические» гены всех эукариот (высших организмов с оформленным клеточным ядром, к которым относятся не только кошки и человек, но и все многоклеточные и множество одноклеточных организмов) устроены примерно одинаково. И функция у них одна – ​производить определенный белок, структура которого закодирована в гене: каждой аминокислоте будущего белка соответствует своя тройка нуклеотидов.

Но сам процесс считывания и реализации генетической информации непрост. В начале каждого гена стоят разнообразные регуляторы (включатели-выключатели) активности, которыми «щелкают» особые белки – ​транскрипционные факторы. Если ген «включился», то запускается процесс транскрипции – ​на ДНК гена собирается комплементарная молекула другой нуклеиновой кислоты, РНК. Затем эта молекула РНК «созревает» в процессе сплайсинга, во время которого она разрезается на фрагменты и вновь сшивается, превращаясь в матричную РНК. Ее назвали так потому, что именно эта молекула служит матрицей, по которой на «фабрике»-рибосоме собирается будущий белок (трансляция).

В начале гена находятся разнообразные регуляторы, которые включают процесс транскрипции – считывания информации с ДНК на РНК. Фермент РНК-полимераза, стартуя от промотора, синтезирует молекулу РНК, которая разрезается на фрагменты и затем сшивается. Получившаяся матричная РНК используется для синтеза белка на рибосоме.

Все три процесса – ​транскрипция, сплайсинг и трансляция – ​регулируются сложными взаимодействиями ДНК, белков и РНК, которые зависят от типа клеток, стадии клеточного цикла и периода развития организма.

Например, при сплайсинге одни фрагменты РНК (экзоны) сшиваются, а другие (интроны) выбрасываются. Эти последние могут просто деградировать, но могут и использоваться для разных целей, в том числе для регуляции той же транскрипции.

Особую роль в тонкой (громче – ​тише) «настройке» активности генов играют загадочные регуляторные участки ДНК – ​энхансеры. Эти короткие (50–1500 нуклеотидов) последовательности могут располагаться как рядом, так и очень далеко от гена, работу которого они модулируют. Как именно энхансеры действуют, до сих пор неясно. Прелесть их в том, что они тканеспецифичные, т. е. каждый энхансер работает только в определенном месте организма и в определенный момент времени.

На сегодняшний день известно, что геном кошки содержит 19587 генов, кодирующих белки. А также 9438 некодирующих, которые отвечают за производство «некодирующих» РНК, включая транспортные и рибосомные, а также множества разнообразных регуляторных РНК. О работе последних у кошек, к сожалению, практически ничего неизвестно.

Кроме того, в геноме кошки находится 494 псевдогена – ​нефункциональных генных останков, «сломанных» мутациями. Псевдогены могут выглядеть как нормальные гены, но их выдает отсутствие интронов и промоторов – ​стартовых площадок транскрипции. К этой же потенциально «мусорной» группе и относятся следы деятельности геномных паразитов – ​ретровирусов (семейство РНК-содержащих вирусов, заражающих преимущественно позвоночных). Сами ретровирусы и их обломки (ретроэлементы) составляют примерно треть кошачьего генома. Это много, но все же меньше, чем у человека, у которого они занимают до половины всего генома.

Чем холоднее, тем ярче

Мутации бывают разные. Наиболее часты точечные мутации – ​замена одного нуклеотида на другой или утрата либо вставка одного нуклеотида. Как правило, эти мутации возникают из-за ошибок в процессе удвоения (репликации) ДНК или при «исправлении» (репарации) этих и других ошибок. Примерно две трети таких мутаций приводят к изменению состава белка, кодируемого данным геном. К этому типу относятся почти все мутации, выявленные у кошек. Рассмотрим их на примере альбинизма, полного или частичного отсутствия пигментов меланинов.

Окраска меха у кошек, как и у всех остальных млекопитающих, определяется наличием и распределением в волосе двух пигментов: черного (эумеланина) и желтого (феомеланина). Оба пигмента синтезируются из аминокислоты тирозина, а ключевым ферментом синтеза является белок тирозиназа. Этот фермент кодируется геном C (Color). Мутации в этом гене либо вовсе лишают кошку пигментов, либо в той или иной мере нарушают их синтез.

Есть две точечные мутации в гене С (c^b и c^s),, вызванные заменой одного нуклеотида на другой, которые приводят к синтезу тирозиназы со смещенным температурным оптимумом. Мутантный фермент плохо работает при нормальной температуре тела, чуть лучше – ​при пониженной. А вот утрата одного нуклеотида (мутации c и с²) ведет к образованию так называемого стоп-кодона – ​сигнала о прекращении транскрипции. В результате образуется укороченная мутантная мРНК, на которой синтезируется совсем уже «нерабочий» фермент.

В случае мутации cˢ в гене фермента тирозиназы, участвующем в синтезе пигмента меланина, окрашенными оказываются только конечности, хвост, морда и уши – участки тела с пониженной температурой. Так формируется типичный «сиамский» окрас.

Свои гены кошки, как и люди, наследуют от двух родителей, поэтому каждый ген представлен в геноме как минимум в двух экземплярах. Если любая из названных выше мутаций будет унаследована только от одного из родителей (такие особи называются гетерозиготами), то у кошки будет нормальный окрас. Одного «правильного» гена будет достаточно, чтобы обеспечивать клетки нужным количеством меланина. Но что будет в случае гомозиготы – ​когда кошка получит мутацию от обоих родителей?

В случае мутации c или с² кошка вырастет совершенно белой и с голубыми глазами, потому что нормальная тирозиназа у нее полностью отсутствует. Гомозиготы по мутации c^b получат бирманскую окраску, а по мутации c^s – ​сиамскую. У сиамских ярко окрашенными будут только уши, нос, лапы и кончик хвоста – ​участки тела, где температура снижена. У кошек с бирманской окраской будут окрашены не только эти части, но и само тело, хотя и менее ярко, чем в норме. Из этого мы заключаем, что температурный оптимум тирозиназы у бирманцев несколько выше, чем у сиамцев.

Точечная мутация cˢ у кошек бирманского окраса приводит к выраженному осветлению цвета шерсти тела до темно-коричневого («собольего»).

А теперь, внимание, вопрос: какой будет окрас у кошки, которая получила от одного родителя мутацию c^s, а от другого с? Правильно, бирманский. А у гетерозиготы c^s/c^b? Тонкинский окрас – ​что-то среднее между сиамским и бирманским. Отсюда мы получаем простое и понятное объяснение явлению доминирования признаков. Доминантным оказывается тот признак, для проявления которого достаточно, чтобы активным был один ген из пары.

Почему сфинксы лысые, а Рексы – ​курчавые

Помимо точечных, у кошек встречаются мутации, вызванные удалением (делеции), удвоением (дупликации) или вставкой (инсерции) уже не отдельных нуклеотидов, а целых фрагментов ДНК. Эти мутации часто возникают за счет сбоев в процессе обмена участками хромосом (кроссинговера), который происходит во время формирования половых клеток.

Несколько мутаций этого типа обнаружены у кошек в генах, которые отвечают за синтез и «созревание» кератинов – ​сложных и прочных фибриллярных белков, входящих в состав волоса. Нарушения в их структуре приводят к безволосости (у сфинксов) или курчавости волос (у разных вариантов рексов).

Обе эти кошки имеют мутантный белок кератин KRT71. У безволосого сфинкса (вверху) он сильно укорочен из-за мутации в гене KRT71.

У кудрявого селкирк-рекса (внизу) мутация затрагивает другой ген, чей белок взаимодействует с белком KRT71, укорачивая его на 5 аминокислот.

У девон-рексов курчавость вызывается сложной мутацией в гене KRT71 (Gandolfi et al., 2010). Она включает в себя утрату фрагментов ДНК в двух интронах и две вставки в один из экзонов. В результате вставки дополнительных амикислот структура кератина меняется, что снижает его прочность. Изменения в интронах, казалось бы, не должны влиять на структуру белкового продукта гена, так как в ходе созревания мРНК они вырезаются. Однако такие мутации могут менять активность гена, влияя на процесс сплайсинга и/или стабильность РНК, считанной с гена.

У того же гена KRT71 есть и точечная мутация – ​замена азотистого основания гуанин на аденин, что ведет к появлению стоп-кодона. В результате синтезируется укороченная молекула кератина, что через сложные взаимодействия с другими белками полностью лишает шерсти гомозиготных носителей мутации – ​канадских сфинксов. Удивительно, что многоходовая мутация девон-рексов «всего лишь» сворачивает их шерсть в колечки, а замена одной единственной «буквы» на другую полностью лишает сфинксов шерстяного покрова.

Структура кератина может измениться за счет мутаций не только в самом гене кератина, но и в генах, отвечающих за процесс «созревания» этого белка. Так, своей курчавостью селкирк-рексы обязаны мутации в гене SADRE (Selkirk Autosomal Dominant Rex), которая приводит к утрате пяти аминокислот у кератинового белка – ​продукта гена KRT71 (Gandolfi et al., 2013).

Штамм «Андромеда»: космический вирус, породивший Майкла Крайтона

Штамм Андромеда / The Andromeda Strain (1971)

12 мая 2019 года исполнилось 50 лет с выхода «Штамма “Андромеда”», первого романа Майкла Крайтона — автора, который потом создаст «Парк юрского периода», «Сферу» и «Мир Дикого Запада», человека, с чьим именем неразрывно связана история технотриллеров.

Крайтона нет с нами уже более десяти лет, но его произведения продолжают определять облик современной культуры. «Мир юрского периода» зарабатывает в прокате миллиарды долларов, а сериал «Мир Дикого Запада» — один из самых популярных проектов HBO.

А в 2019 году в честь полувекового юбилея «Штамма» наследники Майкла Крайтона поручили автору «Роботов апокалипсиса» Дэниелу Уилсону написать продолжение романа - книгу «Эволюция Андромеды».

Быстрый путь к славе

Строго говоря, «Штамм» был не дебютным романом Крайтона, а первым, изданным под его настоящим именем. До этого Майкл, планировавший связать жизнь с медициной, успел написать с десяток детективных триллеров под псевдонимами Джон Ланг и Джеффри Хадсон. Но потом он решил всерьёз заняться литературой и публиковаться под собственной фамилией.

Крайтон написал «Андромеду» в 26 лет —

роман вышел, когда автор ещё учился в медицинской школе Гарварда

Первым делом автор придумал название, а потом долго пытался подобрать к нему сюжет. Крайтон несколько раз начинал писать, забрасывал текст, начинал сначала, снова бросал, но всё равно раз за разом возвращался к этой теме — настолько ему понравилось словосочетание «Штамм “Андромеда”».

В итоге Крайтон почерпнул нужную идею в научной работе Джорджа Гейлорда Симпсона «Основные черты эволюции». Симпсон между делом в нехарактерной для себя легкомысленной манере заметил, что живущие в верхних слоях атмосферы микроорганизмы ещё ни разу не появлялись на страницах фантастики. Крайтон уцепился за это замечание и довёл один из черновиков до логического конца.

Штамм Андромеда / The Andromeda Strain (1971)

Сюжет «Андромеды» строится вокруг смертельного вируса, который вырывается на свободу в результате падения исследовательского спутника неподалёку от тихого американского городка. Пока военные пытаются остановить распространение заразы, команда ведущих мировых учёных, изолированных в подземной лаборатории, работает над разгадкой вируса, получившего кодовое название «Андромеда».

Рукопись «Штамма» легла на стол новому редактору Крайтона в издательстве Knopf Бобу Готтлибу. Готтлиб был сравнительно молод для занимаемой должности — немногим больше тридцати, но уже стал настоящей звездой в издательском мире. За его плечами был десятилетний опыт работы в издательстве Simon & Shuster. За это время Готтлиб дослужился до должности главного редактора и выпустил не один хит; именно он открыл «Уловку-22» Джозефа Хеллера. Боб безошибочно угадал потенциал «Андромеды», но в пух и прах раскритиковал текст и велел полностью переписать рукопись.

Майкл ещё не был особо хорошим писателем. У «Штамма «Андромеда» были потрясающая задумка и отвратительная реализация: небрежный, непродуманный сюжет и, что хуже всего, совершенно непроработанные персонажи. Его учёным не то что не хватало индивидуальности, они отличались друг от друга только тем, что одни доживали до конца, а другие — нет. Я понял, что с его острым интеллектом и готовностью быстро принимать редакторские правки Крайтон сможет наладить сюжет, усилить напряжение, прояснить научную составляющую. В общем, он сможет всё, кроме одного: прописать убедительных персонажей ему будет не под силу.

Майкл так и не научился писать о людях. Мне кажется, они просто никогда его не интересовали. Я подумал, что чем помогать ему углублять характеры героев, проще вовсе выкинуть человеческую составляющую и превратить «Андромеду» из романа в вымышленный научно-популярный текст. Майкл с готовностью согласился — мне кажется, он даже испытал облегчение от этой идеи.

Роберт Готтлиб, из книги «Заядлый читатель: моя жизнь»

Штамм Андромеда / The Andromeda Strain (1971)

Готтлиб велел Крайтону переписать роман в стиле научно-популярного отчета о вымышленных событиях. Крайтон лихорадочно вносил правки, но Боб продолжал раздавать замечания: исправить описание здесь, добавить главу там, переделать мотивы персонажа сям. Крайтон бесился, но послушно выполнял указания редактора и в итоге разработал тот убедительный, холодный, отстранённый псевдодокументальный стиль, за который впоследствии хвалили его лучшие романы.

Смешав правду и вымысел и между делом рассказав доступным языком о ряде передовых на тот момент научных теорий и концепций, Крайтон сумел убедить публику в реальности проекта «Лесной пожар». Когда книга вышла, одни читатели приняли всё описанное за чистую монету, а другие принялись ругать Крайтона за то, что он подбрасывает Пентагону перспективные идеи. Автор решительно возражал против обвинений и объяснял, что пытался смоделировать такую ситуацию, которую нельзя остановить или изменить, если она уже произошла, — её можно только предотвратить.

Микробы в карикатуре XIX века

В январском номере юмористического журнала «Шут» за 1897 год читателей ждал красочный рисунок вымышленного микроба хищения. Рядом стояло небольшое пояснение, что журналу удалось завязать сотрудничество с крупным ученым, изучающим микробов, и вместе с ним создать галерею под заглавием «Микробы современных людских недугов».

В течение 1897 года на страницах журнала появилось восемь рисунков микробов, связанных с пороками и болезнями общества. Был кафе-шантанный микроб, микроб сплетен, микроб декадентства. Все иллюстрации были выполнены на очень высоком уровне, а по стилю, да и по замыслу, сближались с жанром лубка.

Исполнение карикатур было очень оригинальным, в отличие от самой темы. О микробах в конце XIX века шутили многие журналы и газеты. Микробы были модной темой. Свою популярность и известность они получили благодаря работам Луи Пастера и Роберта Коха в 1860–1880 годах, показавшим опасность и вред микробов.

Микробы в представлении XIX века были исключительно зловредными организмами. Из-за них скисало молоко, разлагалось мясо, а главное — они вызывали болезни, были разносчиками всевозможной заразы. Некоторые исследователи не исключали, что даже старость и смерть связаны с бактериями, которые живут в кишечнике и накапливают разрушительные токсины.

На исходе XIX века одно за другим были сделаны громкие открытия микробных болезней. Оказалось, из-за микробов возникали гонорея и сифилис, тиф и туберкулез, холера и дифтерия, даже бешенство. Многие ученые занимались модной темой — открытием и изучением болезнетворных, а лучше — смертельно опасных микробов. Предполагалось, что многие болезни, чуть ли не все, могут быть связаны с деятельностью микроскопических организмов.

Микроб, живущий в весенней навозной куче.

Карикатура из журнала «Осколки»,

№17, 26 апреля 1886 года

В последнюю треть XIX века человечество вдруг оказалось окружено невидимым легионом врагов. Новый враг был постоянно на слуху. Газеты публиковали заметки и фельетоны о микробах. Например, о целом зоопарке бактерий, которые кишат на бумажных деньгах. Или о вреде усов, на которые садится тьма микробов. Поэты посвящали микробам юмористические вирши:

«На капельку воды сквозь стекла микроскопа
Взглянул я, и она блеснула предо мной
Ужасней, чем разлив всемирного потопа.
В миниатюре мне предстала вся Европа.

Микробий легион со всей своей красой
Там плавал по волнам нахально и кичливо.
Все инфузории подобны были нам:
Здесь шляпа, фрак, сюртук, значок, медаль, а там
Вставало чудище, нарядно, горделиво.

Был у микробий всех ужасно дерзкий вид:
Все сознавали мощь и силу в наше время,
Перед которою ничто гигантов племя:
Ведь ядом гибельным льва самого сразит
Из инфузорий всех мельчайший паразит».
(«Осколки», №26 за 30 июня 1884 года)

Американский кёрл

Американский кёрл (англ. American curl) — одна из самых молодых и самых редких пород кошек. Название породы (произносится именно как кёрл) происходит от английского слова curl, которое можно перевести как «скрученный», «завернутый». Такое название возникло не случайно, ведь самой главной отличительной чертой этих кошек являются загнутые кончики ушей. Загиб ушей чем-то напоминает сложенные уши скоттиш фолдов (шотландских вислоухих кошек), с той разницей, что у скоттиш фолдов уши загибаются вперед, а у керлов вывернуты наружу. Однако между этими породами нет никакого родства и происходят они из разных местностей.

Как и многие другие породы кошек с экстремальными признаками, керлы обязаны своему возникновению случайной мутации. И обнаружили ее непреднамеренно в 1981 г. в калифорнийском городке Лейквуд. Семейная пара — Грейс и Джо Руга — нашли на улице двух бездомных кошек с необычной формы ушами. Поначалу они приютили их в своем питомнике (супруги занимались разведением кошек) и дали одной библейское имя Суламифь, а вторую назвали Панда (эта кошечка была черно-белой). Через пару недель Панда бесследно пропала, а Суламифь быстро освоилась и уже через месяц принесла котят, отец которых так и остался неизвестным. Зато в выводке оказались два котенка с завернутыми ушками. Хозяева быстро поняли, что имеют дело с новой наследственной мутацией и решили вывести новую породу кошек.

Поначалу кошек с завернутыми ушами скрещивали с обычными беспородными, но похожими по экстерьеру на Суламифь, особями. Спустя несколько поколений, когда число кошек с завернутыми ушами уже было достаточным, их стали скрещивать только между собой.