Uuden koronaviruksen pandemia jatkuu kahden kuukauden ajan. Jokainen pitää itseään tämän aiheen asiantuntijana. Tiesitkö, että virusta ei voida tappaa? Hän ei asu, joten hänet voidaan vain rikkoa, tuhota. Virus ei ole olento, vaan aine. Mutta samaan aikaan virukset kykenevät kommunikoimaan, toimimaan yhteistyössä ja naamioitumaan.
Virusten sosiaalinen elämä
Tutkijat löysivät tämän vain kolme vuotta sitten. Kuten usein tapahtuu, vahingossa. Tutkimuksen tarkoituksena oli testata, voivat heinbakteerit varoittaa toisiaan bakteriofaagien aiheuttamasta hyökkäyksestä, joka on erityinen virusryhmä, joka hyökkää selektiivisesti bakteereihin. Lisättyään bakteriofaagit heinän bakteeriputkiin, tutkijat tallensivat signaalit tuntemattomalla molekyylikielellä. Mutta sitä koskevat "neuvottelut" eivät olleet lainkaan bakteereja, vaan viruksia.
Kävi ilmi, että bakteerien tunkeutumisen jälkeen virukset pakottivat heidät syntetisoimaan ja lähettämään erityisiä peptidejä naapurisoluihin. Nämä lyhyet proteiinimolekyylit ilmoittivat muille viruksille seuraavasta onnistuneesta sieppauksesta. Kun signaalipeptidien (ja siten vangittujen solujen) lukumäärä saavutti kriittisen tason, kaikki virukset, ikään kuin komento, lakkautuivat aktiivisesti jakautumasta ja viehättivät. Ellei tätä vilpillistä toimenpidettä olisi, bakteerit voisivat organisoida kollektiivisen vastustuskyvyn tai kuolla kokonaan, jolloin viruksilla ei olisi mahdollisuutta loistautua edelleen edelleen. Virukset ovat selvästi päättäneet laittaa uhrit nukkumaan ja antaa heille aikaa toipua. Peptidi, joka auttoi heitä tekemään tämän, nimettiin "arbitrium" ("päätös").
Jatkotutkimukset ovat osoittaneet, että virukset kykenevät tekemään monimutkaisempia päätöksiä. He voivat uhrata itsensä solun immuunijärjestelmää vastaan tehdyn hyökkäyksen aikana varmistaakseen hyökkäyksen toisen tai kolmannen aallon onnistumisen. He kykenevät liikkumaan koordinoidusti soluista soluihin kuljetusrakkuloissa (rakkuloissa), vaihtamaan geenimateriaalia, auttamaan toisiaan peittämään immuniteettia, toimimaan yhteistyössä muiden kantojen kanssa hyödyntääkseen heidän evoluutio-etujaan.
On mahdollista, että jopa nämä uskomattomat esimerkit ovat vain jäävuoren huippua, sanoo Texasin yliopiston biofyysikko Lan'in Zeng. Uuden tieteen - sosiovirologian - tulisi tutkia virusten piilevää sosiaalista elämää. Emme puhu siitä, että virukset ovat tietoisia, sanoo yksi sen luojaista, mikrobiologi Sam Diaz-Muñoz. Mutta sosiaaliset yhteydet, viestintäkieli, kollektiiviset päätökset, toimien koordinointi, keskinäinen avunanto ja suunnittelu ovat merkkejä älykkäästä elämästä.
Mainosvideo:
Ovatko virukset järkeviä?
Voiko jollain, joka ei ole edes elävällä organismilla, mielen tai tietoisuuden? On olemassa matemaattinen malli, joka sallii tämän mahdollisuuden. Se on italialaisen neurotieteilijän Giulio Tononin kehittämä integroitu tietoteoria. Hän pitää tietoisuutta tiedon määrän ja laadun suhteena, joka määritetään erityisellä mittayksiköllä - φ (phi). Ajatuksena on, että täysin tajuttoman aineen (0 φ) ja tietoisen ihmisen aivojen (maksimiarvo φ) välillä on nouseva sarja siirtymätiloja. Kaikilla kohteilla, jotka kykenevät vastaanottamaan, käsittelemään ja tuottamaan tietoja, on vähintään a. Sisältää ne, jotka ovat varmasti elottomia, kuten lämpömittari tai LED. Koska he osaavat muuntaa lämpötilan ja valon tiedoksi, se tarkoittaa, että "tietosisältö" on sama perusominaisuus heille,massana ja varauksena hiukkaselle. Tässä mielessä virus on selvästi parempi kuin monet elottomat esineet, koska se itse on (geneettisen) tiedon kantaja.
Tietoisuus on tietojen käsittelyn korkeampi taso. Tononi kutsuu tätä integraatiota. Integroitu tieto on jotain, joka ylittää laadullisesti kerätyn tiedon yksinkertaisen summan: ei esineen yksilöllisiä ominaisuuksia, kuten keltainen, pyöreä muoto ja lämpö, vaan kuva niistä muodostuvasta palavasta lampusta.
On yleisesti hyväksyttyä, että vain biologiset organismit kykenevät tällaiseen integraatioon. Testaakseen, voivatko elottomat esineet mukautua ja hankkia kokemusta, Tononi ja neurotieteilijöiden ryhmä ovat kehittäneet tietokonekonemallin, joka muistuttaa arcade-peliä retrokonsolille. Koehenkilöt olivat 300 "animaattia" - 12-bittisiä yksiköitä, joissa oli peruskysymys, aistien ja liikuntalaitteiden simulointi. Jokaiselle heistä annettiin satunnaisesti luodut ohjeet kehon osille ja kaikki ajettiin virtuaaliseen labyrinttiin. Ajoittain tutkijat valitsivat ja kopioivat animaatiot, jotka osoittivat parhaan koordinaation. Seuraava sukupolvi peri saman koodin "vanhemmilta". Sen koko ei muuttunut, mutta siihen johdettiin satunnaisia digitaalisia "mutaatioita", jotka voisivat vahvistaa, heikentää tai täydentää "aivojen" ja "raajojen" välisiä yhteyksiä. Tämän luonnollisen valinnan seurauksena, 60 tuhannen sukupolven jälkeen, labyrintin kulkutehokkuus animaattien keskuudessa nousi 6: sta 95%: iin.
Animaateilla on yksi etu viruksiin nähden: ne voivat liikkua itsenäisesti. Virusten on siirryttävä kuljettajalta matkustajan istuimissa olevaan sylkeen ja muihin fysiologisiin eritteisiin. Mutta heillä on enemmän mahdollisuuksia nostaa φ-tasoa. Jos vain siksi, että virussukupolvet korvataan nopeammin. Kun virus on elävässä solussa, se pakottaa sen puristamaan jopa 10 000 geneettisestä kopiostaan tunnissa. On kuitenkin vielä yksi ehto: tiedon integroimiseksi tietoisuuden tasolle tarvitaan monimutkainen järjestelmä.
Kuinka monimutkainen virus on? Katsotaanpa esimerkkiä uudesta koronaviruksesta SARS-CoV-2, nykyisen pandemian syyllinen. Muotoiltaan se näyttää sarveisella meri kaivoksella. Ulkopuolella - pallomainen lipidikuori. Nämä ovat rasvoja ja rasvamaisia aineita, joiden on suojattava sitä mekaanisilta, fysikaalisilta ja kemiallisilta vaurioilta; ne tuhoavat saippua tai desinfiointilaite. Kirjekuoressa on kruunu, joka antoi sille nimen, ts. S-proteiinien selkärangan kaltaiset prosessit, joiden avulla virus saapuu soluun. Vaipan alla on RNA-molekyyli: lyhyt ketju, jossa on 29 903 nukleotidia. (Vertailun vuoksi: DNA: ssamme on enemmän kuin kolme miljardia). Melko yksinkertainen rakenne. Mutta viruksen ei tarvitse olla monimutkaista. Tärkeintä on tulla avaintekijä monimutkaisessa järjestelmässä.
Tiedeblogger Philip Bouchard vertaa viruksia Somalian merirosvoihin, jotka kaappaavat valtavan säiliöaluksen pienessä veneessä. Mutta pohjimmiltaan, virus on lähempänä kevyttä tietokoneohjelmaa, joka on pakattu arkistoijan avulla. Virus ei tarvitse kaapatun solun koko ohjausalgoritmia. Lyhyt koodi riittää, jotta koko solukäyttöjärjestelmä toimisi sen hyväksi. Tätä tehtävää varten sen koodi on ihanteellisesti optimoitu evoluutioprosessissa. Voidaan olettaa, että virus "elvyttää" solun sisällä vain niin paljon kuin järjestelmän resurssit sallivat. Yksinkertaisessa järjestelmässä hän osaa jakaa ja hallita aineenvaihduntaprosesseja. Kompleksissa (kuten kehomme) - se voi käyttää lisävaihtoehtoja esimerkiksi saavuttaakseen tietojenkäsittelyn tason, joka Tononin mallin mukaan rajoittuu älykäs elämään.
Mitä virukset haluavat?
Mutta miksi virukset tarvitsevat sitä ollenkaan: uhrautuvat itselleen, auttavat toisiaan, parantavat viestintäprosessia? Mikä on heidän tarkoituksensa, jos he eivät ole eläviä olentoja?
Kummallista, mutta vastaus liittyy suoraan meihin. Virus on yleensä geeni. Minkä tahansa geenin ensisijainen tehtävä on kopioida itsensä niin paljon kuin mahdollista levittääkseen tilaa ja aikaa. Mutta tässä mielessä virus ei eroa paljon geeneistämme, joiden tehtävänä on myös ensisijaisesti niihin tallennetun tiedon säilyttäminen ja jäljentäminen. Itse asiassa yhtäläisyydet ovat vielä suurempia. Olemme itse viruksemme. Noin 8%. Genomissamme on niin paljon virusgeenejä. Mistä he tulivat sieltä?
On viruksia, joiden isäntäsolun tuominen DNA: hon on välttämätön osa "elinkaarta". Nämä ovat retroviruksia, joihin sisältyy esimerkiksi HIV. Retroviruksen geneettinen tieto koodataan RNA-molekyyliin. Solun sisällä virus aloittaa prosessin, jolla valmistetaan DNA-kopio tästä molekyylistä, ja insertoi sen sitten genomimme muuttamalla siitä kuljettimeksi RNA: nsa koottamiseksi tämän templaatin perusteella. Mutta niin tapahtuu, että solu estää virus-RNA: n synteesiä. Ja sen DNA: han upotettu virus menettää kykynsä jakaa. Tässä tapauksessa virusgenomista voi tulla geneettinen liitäntälaite, joka välittyy uusille soluille. Vanimpien retrovirusten, joiden”fossiiliset jäännökset” on säilynyt genomissamme, ikä on 10-50 miljoonaa vuotta. Evoluutiovuosien aikana olemme kertyneet noin 98 tuhatta retroviruselementtiä, jotka ovat kerran saastaneet esi-isämme. Nyt ne muodostavat 30-50 perhettä, jotka on jaettu lähes 200 ryhmään ja alaryhmään. Geneetikkojen arvioiden mukaan viimeinen retrovirus, joka onnistui tulemaan osaksi DNA: tamme, infektoi ihmispopulaation noin 150 tuhatta vuotta sitten. Sitten esi-isämme selvisivät pandemiasta.
Mitä reliktivirukset tekevät nyt? Jotkut eivät näytä itseään millään tavalla. Tai niin meille näyttää. Muut työskentelevät: suojaavat ihmisen alkioita infektioilta; stimuloi vasta-aineiden synteesiä vasteena vieraiden molekyylien esiintymiselle kehossa. Mutta yleensä virusten tehtävä on paljon merkittävämpi.
Kuinka virukset kommunikoivat kanssamme
Kun syntyi uusia tieteellisiä tietoja mikrobiomin vaikutuksesta terveyteen, aloimme ymmärtää, että bakteerit eivät ole vain haitallisia, vaan myös hyödyllisiä ja monissa tapauksissa elintärkeitä. Seuraava askel, kirjoittaa Joshua Lederberg teoksessa The Infections, tulisi olla tapan purkaminen virusten demonisoimiseksi. He todella tuovat meille sairauden ja kuoleman, mutta heidän olemassaolonsa tarkoitus ei ole elämän tuhoaminen, vaan evoluutio.
Kuten bakteriofaagien esimerkissä, isäntäorganismin kaikkien solujen kuolema tarkoittaa yleensä viruksen tappamista. Hyperaggressiiviset kannat, jotka tappavat tai immobilisoivat isäntänsä liian nopeasti, menettävät kyvyn levitä vapaasti ja tulla evoluution umpikujaan. Sen sijaan”ystävällisemmät” kannat kannattaa moninkertaistaa geeninsä.”Kun virukset kehittyvät uudessa ympäristössä, ne yleensä lakkaavat aiheuttamasta vakavia komplikaatioita. Tämä on hyvä isäntäorganismille ja itse virukselle”, sanoo New Yorkin epidemiologi Jonathan Epstein.
Uusi koronavirus on niin aggressiivinen, koska se vain äskettäin mursi lajien välisen esteen. Yale-yliopiston immunobiologin Akiko Iwasakin mukaan "Kun virukset saapuvat ensin ihmiskehoon, he eivät ymmärrä mitä tapahtuu." Ne ovat kuin ensimmäisen sukupolven animaattorit virtuaalisessa labyrintissä. Mutta emme ole parempia. Kun kohtaamme tuntematonta virusta, immuunijärjestelmämme voi myös poistua hallinnasta ja vastata uhkaan "sytokiinimyrskyllä" - tarpeettoman voimakkaalla tulehduksella, joka tuhoaa kehon omat kudokset. (Juuri tämä immuniteetin ylireagointi aiheuttaa monia kuolemia Espanjan vuoden 1918 influenssapandemian aikana.) sopeutua heihin, ja heihin - meihin.
Meillä on evoluutiovaikutus toisiinsa paitsi ympäristötekijöinä. Solumme ovat suoraan mukana virus-RNA: ien kokoamisessa ja modifioinnissa. Ja virukset ovat suorassa kosketuksessa kantajiensa geenien kanssa, tuomalla heidän geneettisen koodin soluihinsa. Virus on yksi tapa, jolla geenimme kommunikoivat maailman kanssa. Joskus tämä vuoropuhelu antaa odottamattomia tuloksia.
Istukan - sikiön ja äidin kehon yhdistävän rakenteen - esiintymisestä on tullut avainhetki nisäkkäiden evoluutiossa. On vaikea kuvitella, että sen muodostumiseen vaadittava syntiiniproteiini koodaa geeniä, joka ei ole muuta kuin "kotimaista" retrovirusta. Muinaisina aikoina virus käytti syntesiiniä tuhoamaan elävien organismien solut.
Tarina elämästämme viruksilla piirtää loputon sota tai asekilpailu, kirjoittaa antropologi Charlotte Bivet. Tämä eepos on rakennettu yhden järjestelmän mukaan: tartunnan alkuperä, sen leviäminen globaalin kontaktiverkoston kautta ja seurauksena sen hillitseminen tai hävittäminen. Kaikki hänen tontinsa liittyvät kuolemaan, kärsimykseen ja pelkoon. Mutta on toinen tarina.
Esimerkiksi tarina siitä, kuinka saimme hermogeenin Arc. Se on välttämätöntä synaptisen plastisuuden kannalta - hermosolujen kyky muodostaa ja kiinnittää uusia hermoyhteyksiä. Hiiri, jossa tämä geeni on poistettu käytöstä, ei kykene oppimaan ja muodostamaan pitkäaikaista muistia: löydettyä juustoa labyrintistä se unohtaa tien siihen seuraavana päivänä.
Tämän geenin alkuperän tutkimiseksi tutkijat ovat eristäneet sen tuottamat proteiinit. Kävi ilmi, että niiden molekyylit kokoontuvat spontaanisti rakenteisiin, jotka muistuttavat HIV-viruskapsideja: proteiinikuoret, jotka suojaavat viruksen RNA: ta. Sitten ne vapautetaan neuronista kuljetuskalvon vesikkeleissä, sulautuvat toisen neuronin kanssa ja vapauttavat niiden sisällön. Muistit välittyvät kuin virusinfektio.
350-400 miljoonaa vuotta sitten retrovirus pääsi nisäkäsorganismiin, jonka kanssa kontakti johti kaarin muodostumiseen. Nyt tämä virusta muistuttava geeni auttaa neuronejamme toteuttamaan korkeampia mielenterveyden toimintoja. Voi olla, että virukset eivät pääse tietoisuuteen koskien solujamme. Mutta päinvastaiseen suuntaan, se toimii. Ainakin se toimi kerran.
Kirjoittaja: Sergey Pankov