«Вседозволенность» вирусного переноса

Итак, клетка-хозяин может в течение многих поколений воспроизводить геном вируса заодно со своим собственным, а вирусы, покидающие предыдущего хозяина (донора) и выводимые во внешнюю среду, находя себе нового хозяина (реципиента), «одаривают» его фрагментами генома донора. Изменение наследственных свойств клетки в результате естественного или искусственного привнесения в нее чужеродной ДНК называют трансформацией. А дальше все повторяется: новый хозяин (уже в роли донора) размножает вирусные частицы и «снабжает» ими следующего реципиента, трансформируя его наследственный код, и т. д. Иными словами, обнаружен новый механизм «горизонтального» переноса и трансформации геномов, ограниченный уже не генетической совместимостью (как при гибридизации), а лишь пригодностью генома хозяина для «встраивания» вирусных геномов. Насколько второе ограничение слабее первого, легко сообразить, вспомнив, что вирусы поражают все клеточные формы жизни (1,5 млн видов). Самих же вирусов известно всего около тысячи видов. Если учесть, что вирус может «захватить с собой» у донора и часть генома другого вируса, которым тот был инфицирован прежде, приходится признать, что такой «горизонтальный» перенос оказывается всепланетным и всетаксонным (охватывающим все организмы). Впервые «горизонтальный» перенос наследственной информации с помощью упомянутого механизма (или, как говорят специалисты, путем вирусной трансдукции) американские генетики Дж. Ледеберг и Н. Циндер обнаружили в 1952 г. у бактерий, но затем выяснилась его возможность и у эукариот. Такой перенос был осуществлен в Станфордском университете (Калифорния, США) в 1972 г., когда и родилась, по сути, генная инженерия.

Ограничения все-таки есть!

Любые организмы в процессе жизни и смерти теряют множество макромолекул, которые некоторое время существуют независимо от синтезировавших их организмов. Многие макромолекулы в свободной среде сохраняются даже дольше, чем в организмах (их высокая концентрация в живых существах обусловлена постоянным воспроизводством). В организмах они быстро воспроизводятся, но и быстро распадаются, а в менее агрессивной в химическом отношении свободной среде лучше сохраняются (это подтверждает, например, широко используемое в криминалистике выделение специфических белков и нуклеиновых кислот из одежды). В организмах же макромолекулы долго сохраняются только в вечной мерзлоте (их не раз выделяли из останков ископаемых животных, например мамонтов). Между тем обрывки последовательностей нуклеиновых кислот обнаружены в горных породах возрастом 100 млн лет. Иными словами, мы живем в среде, изобилующей макромолекулами, которые с пищей, водой, воздухом могут попадать в организм. Легче всего это происходит у сапротрофных организмов, питающихся органическими остатками, поглощая их через поверхность тела (высшие грибы), клеточные оболочки (сапротрофные простейшие) и мембраны (бактерии). «Горизонтальный» перенос путем захвата фрагментов чужих геномов особенно вероятен для бактерий. Химически агрессивная среда цитоплазмы обычно разрушает такие фрагменты гораздо быстрее, чем с них снимается копия для синтеза белка. Как и все организмы, бактерии живут только благодаря избирательному поглощению вещества из внешней среды. Вероятность захвата фрагмента чужого генома обратно пропорциональна его длине (молекулярному весу) и, следовательно, осмысленности и специфичности содержащейся в нем информации. А ведь этот фрагмент предстоит не только прочесть (что возможно благодаря универсальности генетического кода), но и «правильно понять», т. е. на основе полученной информации должны не только синтезироваться отдельные молекулы, но и правильно собраться в надмолекулярные функциональные системы клетки. Еще труднее представить себе подобную систему, эффективно работающую в чуждой для нее цитоплазматической среде. Обычно последствия такой работы оказываются негативными для клетки в целом. Иными словами, неспецифический «горизонтальный» перенос, если и отражается на физиологии клетки, то почти всегда разрушительно. Все это справедливо и для вирусной трансдукции. Специфика лишь в том, что, как уже отмечалось, вирусы в процессе эволюции совершенствуют механизм «встраивания» своего генома в клетки хозяина.