На протяжении эволюции люди сталкивались с огромным количеством эпидемий. Знания ученых о том, насколько эти эпидемии были разрушительны и какими вирусами были вызваны, ограничены современной историей человечества и информацией об известных патогенах. Однако благодаря современным технологиям, появилась возможность косвенно определять влияние древних эпидемий на эволюцию человека. В процессе исследований было установлено, что некоторые белки, реагирующие на появление вирусов в организме человека, изменяются гораздо быстрее по сравнению с другими участками генома. Дэвид Энард из Университета Аризоны (David Enard, University of Arizona) – автор исследования, в котором утверждается, что около 10% ДНК-адаптаций Homo Sapiens могли быть вызваны реакциями вида на вирусные инфекции. В его лаборатории изучают древние эпидемии сквозь призму человеческого генокода.
Николай Павлов: Что такое вирус?
Дэвид Энард: Молекулярная машина, которая постепенно менялась и приобрела способность заражать клетки живых организмов, в частности – клетки человека. Этот природный механизм может размножаться и воспроизводиться только внутри клеток носителя и полностью зависят от этого носителя. Некоторые вирусы способны приспосабливаться к носителю, и в этом случае носитель не испытывают никаких болезненных симптомов, например, это вирусы герпеса. Но существуют вирусы, особенно новые вирусы, которые отличаются от других и не очень хорошо приспосабливаются к носителю. И тогда размножение и репликация вируса в клетке носителя приносит страдания.
Н.П.: Как вирус участвует в формировании генома человека?
Д.Э.: Это происходит опосредованно. Не то чтобы вирус сливался с ДНК человека, или существуют какие-то разновидности вирусов, которые способны интегрироваться в ДНК. Вирусы косвенно влияют на геном человека, они никогда не проникают в ДНК человека. Происходит нечто похожее на эволюцию персистенции лактазы. Когда первые земледельцы эпохи неолита в некоторых частях Европы в Африки начали разводить скот, то у некоторых из них появилась мутация в ДНК, которая позволяла им лучше переваривать молоко. Это стало для них важным новым источником энергии, который, в отличие от других людей, они могли использовать. То есть, благодаря такой мутации они лучше усваивали молоко, и эта способность передавалась в поколениях фермеров. В настоящее время жители Европы, особенно Северной Европы, и некоторых частей Африки способны очень хорошо усваивать молоко. Люди приспособились к этому. Согласно теории естественного отбора Дарвина, такая мутация заложена в геноме человека. Но это не значит, что молоко стало частью нашего генома, молоко оказало влияние на процесс естественного отбора в период эволюции человека. Вирусы ведут себя также, как молоко. Они приближаются к нашим клеткам, но остаются снаружи, оказывая давление.
Существуют вирусы, существовавшие до того, как вирусные инфекции начали заражать людей. Например, есть вирусы, которые редко встречались у древних людей, но через сотни поколений, спустя несколько тысячелетий, эти вирусы начали встречаться у людей гораздо чаще. Благодаря тем вирусам носители стали более устойчивыми к новым вирусам. И в этом смысле, говоря о естественном отборе Дарвина, мы говорим о возможности человека адаптироваться. Казалось бы, способность человека приспосабливаться к вирусам является положительным фактом, но с другой стороны, в течение эволюции многие древние люди погибали от этих вирусов. Это означает, что происходило что-то очень плохое с людьми и мы можем видеть лишь то, что осталось в геномах тех, кто выжил. В то же время, те вирусы, которые защищали людей от других древних вирусов, могут оказаться бесполезными для защиты людей от будущих или существующих вирусов.
Геном человека примерно на 10 процентов состоит из часто повторяющихся, белковых элементов, которые называются эндогенными ретровирусами (способны встраиваться в геном - ГА). То есть, ретровирусы – это вирусы, которые встроились в наш ДНК, возможно, попав в геном сотни миллионов лет назад, а на это были способны особые виды вирусов. И что касается вируса (вызывающего COVID-19 - ГА) SARS-CoV2, то он не способен встроиться в наш геном и остается преимущественно снаружи клетки. Я видел публикации о том, что люди боятся этого, но мы знаем наверняка, что это невозможно.
Н.П.: Что может влиять на изменение генома?
Д.Э.: В природе существуют определенные вещи, которые способны оказывать влияние на геном – вирусы, бактерии, патогены, изменение климата.
Н.П.: Почему люди смогли пережить заражение вирусами и не погибнуть все?
Д.Э.: Люди не погибли, потому что у нас есть иммунная система, которая также развивалась в течение миллионов лет для того, чтобы защищать и бороться с патогенами. Защиты со стороны нашей иммунной системы было достаточно, чтобы не исчезнуть во время древних эпидемий. Но этого было недостаточно для того, чтобы предотвратить гибель огромного количества людей в те времена. Как раз геном нам демонстрирует, что во время древних эпидемий погибло очень много наших предков. Изучая геном современного человека, мы видим насколько серьезной была селекция.
Мы можем много рассказать о древних эпидемиях и даже приблизительно установить их даты. Мы делаем это примерно также, как люди составляют свои генеалогические древа, разыскивая данные о родственниках. Ученые, которые изучают генетику населения, делают приблизительно то же самое, за исключением того, что изучаются данные генома за более длительный период. То есть, вместо родственников одной семьи, мы составляем генеалогическое древо всего населения на основе данных генома и можем обнаружить, когда произошли генетические изменения.
Н.П.: Вы упомянули, что на изменение вирусов и адаптации к ним человека влияло изменение климата. Как это происходило?
Д.Э.: Например, некоторые виды животных, в организме которых живут потенциально опасные для человека вирусы, вынуждены мигрировать из-за изменений климата. Они могут оказаться в районах проживания людей, или люди могут оказаться ближе к их ареалу обитания. Нам необходимо с огромной осторожностью взаимодействовать с окружающей средой, потому что беспечное отношение к природе увеличивает риск будущих пандемий. Существует еще один важный момент: если некоторые виды борются за выживание во время изменений климата, то, возможно, они расходуют на это больше ресурсов, чем на борьбу с вирусами и бактериями. И поскольку их иммунная система ослаблена, эпидемии для них могут иметь более тяжелые последствия. И даже стать причиной исчезновения некоторых видов животных. Нам известно, что древние эпидемии не привели к исчезновению человека. Но некоторые виды животных близки к вымиранию из-за патогенов.
Н.П.: Означает ли это, что вирусы могут стать причиной исчезновения видов?
Д.Э.: Да, например, вирус миксомы убил более 99 % кроликов в Австралии в начале 20-го века. Эта эпидемия была очень серьезной.
Н.П.: Возможно ли предсказать как скажется пандемия COVID-19 на геноме людей?
Д.Э.: Я бы сказал, что мы не хотим этого знать. И мы не хотим оказаться в ситуации, когда это произойдет, потому что последствия могут стать известны через несколько тысяч лет. Именно это происходило в прошлом, когда причиной эпидемий становились разные вирусы, например вирус гриппа, который возвращается каждый год. На примере вируса гриппа мы понимаем, что на некоторые вирусы никогда не вырабатывается идеальный, быстрый, коллективный иммунитет. Оценивая состояние генома, мы можем допустить, что инфицирование людей определенными вирусами длилось в течение тысячелетий. У нас есть вакцины, которых не было у наших предков, которые способны снизить вред, наносимый вирусами в течение нескольких лет, а не на протяжении нескольких тысячелетий адаптации.
Н.П.: Почему иммунная система человека не приспособилась к вирусу гриппа?
Д.Э.: Потому что люди ведут нескончаемую «гонку вооружений» с вирусами. Есть известная метафора, которая используется для описания развития людей и патогенов. Это как Красная Королева в «Алисе в стране чудес», которая говорит, что нужно постоянно бежать, чтобы оставаться на одном месте. С вирусами и людьми точно такая же ситуация. В природе всегда появляются новые вирусы, а это значит, что мы должны постоянно приспосабливаться к ним.
Развитие человечества происходит также, как это происходило раньше, за исключением того, что у нас теперь есть защита в форме вакцин. Мы используем вакцины для предотвращения тяжелых последствий пандемий. Изучая геном человека, мы видим, что последствия действительно были тяжелыми. Даже в конце 19 века многие дети и взрослые умирали из-за таких вирусов, как вирус оспы.
Н.П.: Может ли возникнуть вирус, которому люди не смогут противостоять, даже при наличии вакцин?
Д.Э.: Можно представить ситуацию, что люди ослаблены какой-то эпидемией, и вспыхивает еще одна эпидемия – подобное возможно, но очень маловероятно. Надо помнить, что до появления вакцин людей убивали несколько разных вирусов одновременно. Поэтому вакцины делают людей более здоровыми и способными противостоять другим вирусам.
Самым опасным будет вирус, который приведет к краху общества. Если такой вирус убьет много людей, то общества перестанут нормально функционировать. Так, эпидемия чумы имела очень глубокие социальные последствия для средневекового общества и в значительной степени ускорила конец феодальной системы.
