Георгий Базыкин

Обновлено: 24.09.2022

Эволюцию молекулы ДНК человека и молекулы РНК различных вирусов можно описать фразой из «Алисы в Зазеркалье» Льюиса Кэролла: «Бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте», — считает Георгий Базыкин, эволюционный биолог, профессор Сколтеха, заведующий лабораторией молекулярной эволюции ИППИ РАН и PhD Принстонского университета.

В рамках курса «Разберём на молекулы» 18 мая в Ельцин Центре он прочитал лекцию о коэволюции патогенов и их хозяев. На примере вирусов гриппа, иммунодефицита человека (ВИЧ) и коронавируса эксперт продемонстрировал, как эволюцию движет один и тот же механизм: увеличение способности мелких биологических объектов выжить в агрессивной среде — внутри организма человека.

Эволюция продолжается

Обычно эволюция ассоциируется с делами давно минувших лет, — начал своё выступление Георгий Базыкин, — но пример пандемии показал, что она имеет прямое отношение к современности. Более того: от успешности эволюционного процесса зависит наше благосостояние и выживание. Речь идёт не о динозаврах, а об эволюции двух взаимодействующих систем — нашего вида и мелких биологических объектов, с которыми мы взаимодействуем. Ключевую роль в этих изменениях имеют молекулы ДНК в клетках человеческого организма, а также РНК, которая носит характер основного носителя информации у вирусов и промежуточного у нас. Это своего рода текст из четырехбуквенного белкового «алфавита».

По словам биолога, из поколения в поколение происходит совместное изменение двух таких текстов: один находится в клетках нашего организма, другой — в патогенных вирусах. Текст меняется в результате случайных ошибок при копировании — мутаций. Сохранению полезных мутаций способствует естественный отбор: полезной является та, что положительно сказывается на количестве потомков.

Современная наука позволяет сравнивать геномы людей и изучать, какие следы в них оставили эволюционные процессы. Некоторые мутации оказались полезными и распространились. Самый известный пример касается регуляторной последовательности генолактазы, которая проявляется в младенчестве у всех млекопитающих, и позволяет переваривать лактозу — сахар молока. У большинства млекопитающих она «выключается» по достижении зрелого возраста. Однако у некоторого количества людей произошла мутация — ген остаётся проявляющимся.

Мутации, которые «сломали» этот выключатель, в разных популяциях Земного шара разные, но имеют один и тот же эффект. Они возникли приблизительно 10000 лет назад, в момент одомашнивания крупного рогатого скота, и широко распространились благодаря естественному отбору.

Как проследить, что мутация стала полезной и прижилась? Самое простое — выровнять друг под другом последовательности аминокислот одного и того же белка у человека и у шимпанзе — нашего ближайшего родственника. Чем больше несовпадений, тем больше естественный отбор «старался» изменить копируемый белок в ходе эволюции.

Например, актин — важный для клеток мускулатуры белок — полностью совпадает у человека и шимпанзе. А вот белок HLA-B — человеческий лейкоцитарный антиген, играющий важную функцию в иммунной системе, имеет очень большие различия с обезьяньим аналогом.

Человек и шимпанзе произошли от общего предка 8 миллионов лет назад. Между видами большие различия в рационе питания, количестве шерсти на теле, способе передвигаться и в объёме мозга (у человека он больше в четыре раза). Казалось бы, в геноме должны быть серьёзные отличия в белках и функциях, отвечающих за эти изменения, но ничего подобного!

— Когда мы смотрим на все 25 тысяч генов в геноме и ищем наиболее сильно эволюционировавшие гены, мы видим, что сильнее всего изменены те, что связаны с иммунитетом и защитой организма на клеточном уровне. Основной фактор, влияющий на нашу эволюцию, — не прямохождение, а постоянная адаптация к новым условиям среды, которые создавали наши патогены, — отметил Георгий Базыкин.

В океане обнаружены 5 000 неизвестных науке вирусов

В

В "семействе" вирусов пополнение. Значительное.
Фото Pixabay.

Богатая находка расширяет представление учёных об эволюции и разнообразии РНК-вирусов. Теперь исследователи должны понять, насколько эти неизвестные вирусы опасны и какие организмы они могут заразить.

Учёные проанализировали генетический материал микроорганизмов, обитающих в океане, и нашли тысячи ранее неизвестных РНК-вирусов. Для лучшего понимания: это открытие удвоило количество известных биологических групп вирусов.

Напомним, что РНК-вирусы могут вызывать у людей как безобидные простуды, так и печально известный COVID-19. Они также заражают сельскохозяйственные растения и животных.

Эти вирусы несут генетическую информацию в РНК, а не в ДНК.

РНК-вирусы развиваются гораздо быстрее, чем ДНК-вирусы. Кроме того, в то время как сотни тысяч ДНК-вирусов в их естественных экосистемах учёные уже подвергли систематическому анализу, РНК-вирусы оставались относительно не изучены.

Всё дело в том, что, в отличие от людей и других живых организмов, у вирусов отсутствуют уникальные короткие участки ДНК, которые исследователи называют генетическим штрих-кодом. Без этого "штрих-кода" попытки различить отдельные виды вирусов в дикой природе могут оказаться сложной задачей.

Чтобы обойти это ограничение, исследователи решили идентифицировать ген, кодирующий белок, который позволяет вирусу воспроизводить свой генетический материал. Это общий для всех РНК-вирусов белок, который играет важную роль в их размножении. Однако каждый РНК-вирус имеет небольшие особенности в гене, кодирующем этот белок, что может позволить отличить один тип вируса от другого.


Учёные проверили глобальную базу данных последовательностей РНК планктона, собранных в ходе четырехлетнего глобального исследовательского проекта Tara Oceans.

Планктон – это общее название мелких водных организмов, неспособных из-за своих незначительных размеров плыть против течения. Они являются жизненно важной частью пищевых цепей океана и часто являются носителями РНК-вирусов.

В ходе скрининга учёные идентифицировали более 44 000 генов, которые кодируют нужный вирусный белок. Далее им нужно было построить своего рода фамильное древо вирусов, которые обладали этими генами.

Соответственно, следующая исследовательская задача заключалась в том, чтобы определить эволюционные связи между этими генами. Чем больше были похожи два гена, тем более вероятно, что вирусы-обладатели этих генов были тесно связаны.

Скорее всего, эти последовательности развились очень давно, возможно, даже до появления первой клетки.

Генетические метки, указывающие, где и когда новые вирусы могли отделиться от общего предка, были давным-давно утеряны.

Здесь на помощь учёным пришли методы машинного обучения, которые позволили систематически организовать эти последовательности и находить между ними объективные различия.

В общей сложности авторы новой работы идентифицировали 5 504 новых морских РНК-вируса и удвоили количество известных типов РНК-вирусов: к пяти уже известным добавились пять совершенно новых.


Нанесение находок на карту показало, что два новых типа РНК-вирусов особенно часто встречаются в двух регионах Мирового океана, занимающих большие площади: Taraviricota предпочитает умеренные и тропические воды, а Arctiviricota — Северный Ледовитый океан.

Исследователи полагают, что Taraviricota может быть долгожданным недостающим звеном в эволюции РНК-вирусов. Этот тип соединяет две разные известные ветви РНК-вирусов, которые различаются по способу репликации (воспроизведения себе подобных). Ранее учёные не могли объяснить, что именно привело к появлению этих различий.

Несмотря на впечатляющее число обнаруженных РНК-вирусов, это лишь первый шаг в череде открытий, считают учёные. Исследователям ещё предстоит узнать, какие организмы они заражают.

"Улов" учёных также в настоящее время ограничен в основном фрагментами, то есть неполными геномами РНК-вирусов, отчасти это связано с их генетической сложностью и технологическими ограничениями исследования.

В дальнейшем авторы работы хотели бы выяснить, что это за недостающие гены и как они изменялись с течением времени. Обнаружение этих генов может помочь учёным лучше понять, как функционируют эти вирусы и представляют ли они какую-то угрозу или, наоборот, несут благо для человечества.

Исследование было опубликовано в журнале Science.

Напомним, ранее мы писали о том, что дожди из вирусов идут на Земле каждый день, а ещё мы рассказывали о вирусе-мутанте из глубин океана.

Также мы сообщали о том, что исследователи обнаружили древние вирусы в тысячелетних ледниках Тибета.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".

Коронавирус и «эффект панголина»: расширяющееся взаимодействие с дикой природой приводит к появлению угроз здравоохранению, биобезопасности и глобальной безопасности

© Eugene Troskie/Shutterstock.com

Все в мире взаимосвязано.

Согласно теории хаоса, взмахнувшая крыльями бабочка в штате Нью-Мексико может вызвать ураган в Китае. Но в цепной реакции, возникшей в связи с появлением COVID-19 (коронавируса), едва ли есть что-то от случайности «эффекта бабочки». Здесь напрашивается гораздо более понятное объяснение: взаимосвязанные действия людей могут привести к крайне серьезным последствиям.

Дикая природа и появляющиеся инфекционные заболевания

Ученые еще не пришли к окончательным выводам, однако один факт не вызывает у них никаких сомнений: вирус SARS-CoV-2 возник в дикой природе, преодолел видовой барьер и перешел к человеку. В настоящее время основными подозреваемыми являются летучие мыши из рода подковоносов. Скорее всего, летучая мышь передала вирус промежуточному носителю, первоначально считалось, что этими носителями оказались панголины, питающиеся муравьями чешуйчатые животные, которые являются объектом незаконной торговли – их продают ради их мяса, а также ради чешуи, которую затем используют как якобы ценное лекарство. Контакты людей с промежуточными носителями способствовали передаче патогена, вызвав пандемию, которая на момент написания данного текста охватила более 140 стран, привела к заражению более 150 000 человек и неисчислимому ущербу.

Благоприятные условия для возникновения новых смертоносных патогенов

Возникновение и развитие пандемии коронавируса не должно вызывать у нас удивление. Возбудитель, вызвавший эпидемию атипичной пневмонии (SARS) в 2003 году , был передан человеку от циветт, которых продавали на рынке в качестве домашних животных и деликатесов. В 2012 году источником вируса-возбудителя ближневосточного респираторного синдрома (MERS) стали верблюды, передавшие вирус людям. Птичий грипп, вирус Нипах, вирус Эбола, ВИЧ… все эти и многие другие новые инфекционные заболевания (НИЗ) возникли в организме животных и были переданы людям – это явление называется зооноз. Согласно оценкам, более 60% всех НИЗ в мире являются зоонозными инфекциями, и подавляющее большинство (более 70%) этих зоонозных инфекций возникает в дикой природе.

Вспышка коронавируса наглядно показывает, что возникающие в дикой природе зоонозные инфекции представляют собой огромную угрозу общественному здравоохранению, биобезопасности и даже глобальной безопасности. Термин «эффект панголина» можно использовать для обозначения неизбежного, непропорционально тяжелого итога событий, которые начинались относительно скромно и могли быть предотвращены: вирус, существующий в организме естественного носителя в дикой природе, вызывает пандемию вследствие длинной цепочки взаимосвязанных явлений, позволивших ему распространиться по всему миру.

Во-первых, фактором широкого распространения вируса является повышенный риск воздействия патогенов на людей. Антропогенная деятельность человечества способствует постепенному расширению воздействия на людей патогенов, с которыми люди прежде не сталкивались и поэтому не готовы противостоять им. Есть два способа столкновения с этими патогенами: чрезмерно приближать к себе дикую природу или чрезмерно приближаться к дикой природе самим. Во-вторых, еще одним фактором широкого распространения вируса является глобализация: патоген передается человеку, инфицирует достаточное количество людей, а затем инфицированные люди разносят вирус по всем уголкам земного шара – благодаря международным авиаперелетам, круизам и глобальным производственно-сбытовым цепям.

Чрезмерно приближать к себе дикую природу: торговля дикими животными

По некоторым оценкам, незаконная торговля дикими животными является четвертым по масштабу видом преступности в мире – после торговли наркотиками, контрабанды и торговли людьми. Законную торговлю дикими животными регулирует конвенция СИТЕС, но ее цель состоит в том, чтобы гарантировать, что подобная торговля не создает угрозы выживанию диких животных. Оба вида торговли, как законная, так и незаконная, действуют как огромные конвейеры: они сопряжены с широкомасштабной транспортировкой диких животных (и их патогенов) на большие расстояния, расширяют возможности контакта этих животных с людьми и значительно повышают шансы передачи патогенов.

Скорее всего, контакт животных, зараженных вирусом COVID, с людьми произошел именно в рамках незаконной торговли (если, в конце концов, промежуточным носителем вируса окажутся именно панголины, то можно будет говорить об известной иронии судьбы, поскольку панголины являются наиболее широко продаваемыми млекопитающими во всем мире: все восемь известных видов панголинов включены в Красный список угрожаемых видов МСОП, причем три вида относятся к категории «вид на грани исчезновения» ) . Диких животных продают для употребления в пищу, для получения частей их тела, для использования в качестве домашних питомцев, для использования в традиционной медицине и так далее. Во многих частях света употребление диких животных в пищу и использование их для различных нужд – это глубоко укоренившаяся культурная традиция. Быстро введенный в Китае запрет на торговлю всеми дикими животными для употребления в пищу служит примером того, что жесткое ограничение взаимодействия людей с дикой природой – это важнейшая мера по предотвращению возникновения новых видов НИЗ. Кроме того, необходимо улучшать гигиенические условия на всех этапах законной торговли дикими животными и устанавливать строгие и безопасные условия торговли этими животными и употребления их в пищу. Как правило, эти меры слабо разработаны во многих странах, где существуют эффективные ветеринарные службы для домашних животных, но отсутствуют достаточно развитые и эффективно функционирующие системы контроля над дикими животными.

Чрезмерно приближаться к дикой природе самим: деградация среды обитания

Биоразнообразие оказывает нам важную услугу, о которой многие из нас и не подозревают: оно обуздывает заболевания. Природное биоразнообразие способствует ограничению масштабов воздействия многих патогенов и смягчению последствий этого воздействия за счет эффекта размывания или буферного эффекта, тем самым сокращая возможности для передачи патогенов людям. Обезлесение и изменения в землепользовании, фрагментация среды обитания, вторжение в природу, быстрый рост численности населения и урбанизация – это лишь некоторые экологические, поведенческие и социально-экономические факторы, способствующие расширению масштабов столкновения людей с патогенами и увеличению шансов заражения. Дополнительным известным фактором распространения НИЗ является изменение климата, создающее новые возможности для распространения патогенов, ускоряющее темпы возникновения инвазивных видов и изменяющее ареал обитания природных видов.

При помощи этих факторов ученые определяют очаги повышенного риска возникновения зоонозных НИЗ. Согласно результатам исследований, эти риски увеличиваются в лесистых тропических регионах, переживающих изменения в землепользовании, а также отличающихся существенным биоразнообразием дикой фауны (видовым богатством млекопитающих). Кроме того, к известным очагам такого рода относятся Китай и Юго-Восточная Азия. Антропогенная деятельность устраняет буферный эффект, создаваемый биоразнообразием и экосистемами, и повышает риск возникновения новой пандемии. Переломить эти тенденции – это глобальная и более актуальная, чем когда-либо прежде, задача в области охраны здоровья населения.

Единое здравоохранение

Основная часть внимания и расходов, связанных с НИЗ, направляется на принятие мер, имеющих непосредственное отношение к людям (повышение готовности и реагирование на чрезвычайные ситуации, общественное здравоохранение), но при этом следует уделять больше внимания вопросам противодействия основным факторам, вызывающим НИЗ. В подходе «Единое здравоохранение» признается взаимосвязь между здоровьем людей и животных и связь их здоровья с благополучием экосистем, в которых они существуют. Недавно объявленное Всемирным банком решение предоставить 12 млрд долл. США для помощи странам в принятии мер по борьбе с COVID-19 дает нам шанс разработать всеобъемлющий комплекс действий, предусматривающий охрану здоровья людей, животных и окружающей среды. Здоровье окружающей среды – как правило, самое слабое звено. Нам как специалистам в области развития следует привлекать к сотрудничеству министерства окружающей среды и природных ресурсов, департаменты по охране дикой природы, исследовательские институты, НПО и гражданское общество, чтобы устранить пробелы в системах контроля над здоровьем дикой природы и оповещения о заболеваниях, повысить эффективность ветеринарной практики в сфере торговли дикими животными, санитарно-гигиенических норм, политики и практики в области торговли дикими животными и передачи информации о рисках.

Коронавирус продолжает распространяться, и неотложные меры, направленные на содействие защите здоровья окружающей среды – неотъемлемой составляющей защиты нашего собственного здоровья, а также на жесткое ограничение взаимодействия людей с дикой природой, - становятся важнее, чем когда-либо прежде. Для предотвращения следующего «эффекта панголина» необходимо для начала полностью пресечь незаконную торговлю дикими животными и повысить эффективность регулирования законной торговли, принять меры по улучшению сохранности биоразнообразия и среды обитания, обеспечить наличие устойчивых экосистемных услуг. У нас есть большое окно возможностей, но оно скоро закроется.

** Даниэль Мира-Салама – старший специалист по вопросам экологии в представительстве Всемирного банка в Пекине

В организме больных Эболой нашли вирус пятилетней давности


Вспышку лихорадки Эбола в Гвинее в начале 2021 года вызвал вирус, пересидевший пять лет в организме человека, заключили генетики, отсеквенировав 12 свежих гвинейских образцов эболавируса. Это своего рода рекорд — до сих пор вирус у переболевших людей обнаруживали только спустя год или два после выздоровления. Однако кто именно спровоцировал новую вспышку и как вирус попал в организм первой пациентки, все еще неизвестно. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Лихорадка Эбола появляется в разных странах Африки начиная с 1970-х годов и примерно раз в несколько лет. Самая крупная из вспышек развернулась в Гвинее, Либерии и Сьерра-Леоне в 2014-2016 годах, тогда погибли более двух с половиной тысяч человек. В начале 2021 года в Гвинее зафиксировали новую вспышку. Она оказалась короче: с февраля по апрель власти страны выявили 16 подтвержденных случаев заболевания (из них 12 человек умерли), а уже летом объявили об окончании вспышки.

Тем не менее, до сих пор остается неизвестным, откуда эти 16 человек получили эболавирус. Считается, что в предыдущий раз первый заразившийся, маленький деревенский мальчик, подхватил инфекцию непосредственно от летучих мышей, которые жили в дупле дерева, где он любил играть (эту историю, а также истории других «нулевых пациентов», мы рассказывали в тексте «Дары любви»). Но в этот раз, хотя известно, от кого заразились большинство заболевших — это 51-летняя медсестра из гвинейского города Гуэке — установить происхождение ее вируса сразу не удалось.

Тогда группа африканских и европейских ученых отсеквенировала геномы двух эболавирусов из свежих образцов, взятых у заболевших людей. Они обнаружили, что в этих геномах подозрительно мало отличий от геномов 2016 года — как будто все это время вирус не эволюционировал в организме летучей мыши-носителя, а пребывал в покоящемся состоянии и не размножался. Исследователи предположили, что вирус мог пережить эти пять лет в теле кого-нибудь из переболевших в ходе предыдущей вспышки. По крайней мере, известны случаи, когда люди оставались заразными в течение года или даже двух после болезни.

Исследователи подтвердили, что все 12 эболавирусов от новых пациентов ближе всего к геномам 2016 года и родственны друг другу, а значит, у вспышки был единый источник. При этом ближайший общий предок всех этих геномов, по оценкам ученых, существовал примерно 22 января — за несколько дней до появления симптомов у медсестры из Гуэке. Это означает, что, скорее всего, она действительно была первым пациентом в этой вспышке, и никакой другой цепочки заражений не было.


Филогенетическое древо эболавирусов, на котором обозначены вызванные ими вспышки

Инфекционные заболевания


Пневмония – это воспалительный процесс в лёгочной ткани, вызванный разными микроорганизмами. Чаще всего вызвать воспаление в лёгочной ткани могут бактерии, и среди них по распространённости стрептококк пневмонии стоит на первом месте. Другие бактерии тоже могут вызвать пневмонию, но они встречаются реже. Вирусы также способны вызывать воспаление в лёгочной ткани, но на сегодняшний день особое внимание заслуживает коронавирус, который имеет такую разновидность, с какой человек ещё не сталкивался. С конца декабря 2019 года разговоры об этом ведутся массированно в средствах массовой информации по причине случаев смерти на фоне коронавирусной инфекции в случае возникновения пневмонии. Самыми частыми симптомами пневмонии является лихорадка в сочетании с кашлем, реже одышкой и болями в грудной клетке. Помимо симптомов поражения лёгочной ткани возникают и общие симптомы интоксикации: слабость, вялость, озноб, недомогание. Как правило, появлению симптомов пневмонии предшествуют явления ОРВИ (острого респираторного заболевания) и человек может не обратиться к врачу, подумав, что подхватил обычную простуду. Поэтому при заболевании лучше всего обратиться к врачу: к терапевту, если это взрослый человек или к педиатру, если этот случай возник у ребёнка или подростка до 18 лет.

Все современные врачи в диагностике и лечении заболеваний человека руководствуются «Клиническими рекомендациями Минздрава РФ». Именно этот официальный документ регламентирует объём исследований необходимый для постановки диагноз, схемы лечения и применения именно тех лекарственных препаратов, которые имеют доказательную базу в медицине. Конечно, всегда врач должен учитывать и индивидуальные особенности пациента при постановке диагноза и назначении терапии.

Важно не только при помощи различных методов исследования: общего осмотра больного, анализов крови и инструментальных методов, - установить диагноз. Необходимо предположить возможный возбудитель пневмонии на основе полученных данных и назначить терапию, воздействующую на причинный микроорганизм. Здесь важны знания и опыт врача. Правильное назначение антибиотика или противомикробного препарата, противовирусного средства, если это необходимо, иммунобиологических препаратов приводит к снижению неблагоприятных прогнозов при лечении пневмонии.

С другой стороны, не должно быть паники и эмоциональных непродуманных действий, которые обуславливают перерывы в лечении, заставляя пациента собирать мнения разных врачей по поводу одного своего заболевания, выбирая лучшее, которое «поможет». Стандарты терапии заболеваний утверждены Минздравом РФ и любой врач должен их придерживаться. Конечно, врач должен всеобъемлюще подойти к своему пациенту, создать «комплаенс» - своего рода доверие и взаимопонимание, чтобы результат лечения был самым эффективным.

Что касается коронавирусов, то они давно циркулировали в популяции человека и люди всегда болели ими при диагнозе «ОРВИ», а появившаяся разновидность, нашумевшая в прессе информацией о высокой летальности, думаю, будет переоценена в ближайшее время. В любом случае, при появлении симптомов пневмонии необходимо доверить своё здоровье профессионалу: врачу, а не поддаваться панике.

Пожалуйста, не занимайтесь самолечением!
При симпотмах заболевания - обратитесь к врачу.

Читайте также: