Коронавирусом не ограничиваются: где и как ученые ищут новые вирусы
По словам вирусологов, найти новый вирус — самая простая часть их работы. Сложнее разобраться, как вирусы влияют на жизненные циклы в организме хозяина.
Майя Брейтбарт — вирусолог из Университета Южной Флориды в Сент-Питерсберге (США), изучающий влияние вирусов на окружающую среду. Чтобы найти новые виды, она исследовала африканские термитники, антарктических тюленей и воды Красного моря. Но на самом деле, чтобы сделать новое открытие, ей достаточно выйти в свой садик за домом во Флориде. Так она однажды и сделала. Тогда она обнаружила вокруг своего бассейна интересных насекомых — это были рогатые пауки Gasteracantha cancriformis, они отличаются выпуклыми белыми телами с черными пятнами и шестью алыми шипами. Еще более любопытным для Брейтбарт стало то, что внутри этих пауков она и ее коллеги обнаружили два вируса, ранее неизвестных науке.
Несмотря на то, что с начала 2020 года ученые сосредоточены на одном особенно неприятном вирусе, в мире продолжают существовать легионы других, ожидающих своего открытия. Ученые подсчитали, что только в океанах в любой момент времени обитает около в 1031 отдельных вирусных частиц (это 10 миллиардов раз больше, чем звезд в наблюдаемой Вселенной).
Есть только 9110 видов, перечисленных Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV), но очевидно, что это очень маленькая доля от их общего числа. Отчасти это связано с тем, что ученые с пристрастием искали те вирусы, которые вызывают болезни у людей, животных или растений. Тем не менее, как показала пандемия COVID-19, важно также рассматривать вирусы, которые могут перемещаться от одного хозяина к другому, например, от животных к человеку.
За последние десять лет число известных вирусов резко возросло благодаря прогрессу в технологии их обнаружения, а также недавнему изменению правил идентификации новых видов. Одним из наиболее влиятельных методов является метагеномика, которая позволяет исследователям брать образцы геномов в окружающей среде без необходимости культивировать отдельные вирусы. Новые технологии, такие как секвенирование ДНК вируса, добавляют к этому списку еще больше вирусов, включая те, которые удивительно широко распространены, но до сих пор оставались скрытыми.
Вирусы настолько вездесущи, что могут обнаруживаться даже тогда, когда ученые их не ищут. Так и Фредерик Шульц не планировал найти новый вирус, изучая следы ДНК в сточных водах. Будучи аспирантом Венского университета, в 2015 году он использовал метагеномику для охоты на бактерий. Метод включает в себя выделение ДНК из целой смеси организмов, измельчение ее на кусочки и секвенирование отдельных геномов.
Среди выделенных бактериальных геномов Шульц не мог не заметить значительную часть вирусного генома. Оказалось, что это гигантский вирус, входящий в группу крупноразмерных, члены которой отличаются и своим размером, и размером генома. Эти вирусы заражают амеб, водоросли и протистов, оказывая влияние как на водные экосистемы, так и на наземные.
Шульц, ныне микробиолог Объединенного института генома Министерства энергетики США в Беркли решил поискать родственные вирусы в наборах данных метагенома. В 2020 году в одной статье он и его коллеги описали более 2000 геномов из группы, содержащей гигантские вирусы; до этого в общедоступных базах данных было зафиксировано всего 205 таких геномов.
Или еще пример — специалист по вирусной биоинформатике Луис Камарильо-Герреро вместе с коллегами из Института Уэллкома Сэнгера в Хинкстоне (Великобритания) проанализировал метагеномы из кишечника человека и создал базу данных, содержащую более 140 000 кишечных фагов. Так ученые обнаружили одну из наиболее распространенных групп вирусов, поражающих наш кишечник.
Это лишь несколько примеров. Вирусы могут влиять на организмы, изменяя их геномы. Например, когда вирусы переносят гены устойчивости к антибиотикам от одной бактерии к другой, со временем лекарственно устойчивых штаммов становится больше. Постепенно этот вид переноса может вызвать серьезные эволюционные сдвиги в популяции — поэтому примерно 8% генов человека имеет вирусное происхождение.
