Гигантские вирусы морских водорослей и запрет на плавание в Балтийском море.

Наконец-то Балтийское море прогрелось настолько, что можно было купаться, однако взору предстала шокирующая картина. Насколько хватало глаз, простиралась мутная вода, а плавающие вокруг лебеди были покрыты коричневой грязью. На палубе висело объявление о том, что цветущие водоросли убивают собак и представляют опасность для здоровья людей. А причиной всему была одноклеточная водоросль, небольшой эукариот, принадлежащий к растительному планктону (фитопланктон). Эти водоросли бывают зелеными, коричневыми и красными, а летом они мгновенно разрастаются из-за выбросов излишков удобрений с полей, расположенных на побережье. Водоросли образуют сплошной слой, уходящий за горизонт. Что касается красного прилива, упомянутого в Библии как признак Апокалипсиса, – может быть, это не кровь, а цветение водорослей? Не исключено!

Как очищается загрязненный океан? При помощи вирусов! Отсутствие питательных веществ и достаточного пространства активирует вирусы внутри микроорганизмов, и тогда они уничтожают цветущие водоросли, оставляя за собой в морской воде суспензию молочного цвета, которая видна даже с корабля. А их остатки повторно используются рыбами или креветками в качестве пищи.

В данной главе рассматриваются «настоящие» вирусы, а не фаги – вирусы бактерий, описанные выше. Это действительно крупные и даже гигантские вирусы. У морских водорослей и вирусов наблюдается коэволюция, насчитывающая 3 млрд лет, и считается, что с точки зрения эволюции это самые древние из известных нам организмов. Некоторые водоросли очень привлекательны, например «известковые» водоросли (гаптофитовые водоросли) с небольшими кольцеобразными пластинчатыми украшениями. Они широко распространены, обитают в Мировом океане на территории от Арктики до экватора и предпочитают свет на поверхности воды. Эти водоросли называются Emiliania huxleyi или сокращенно E.hux, а их вирусы соответственно Ehv или один специфический вирус EhV-86 – гигантский вирус с двуспиральной ДНК, содержащей 40 000 пар нуклеотидных оснований, что соответствует примерно 500 генам (для сравнения: у ретровируса 10 000 пар оснований и примерно 10 генов, а фаги, описанные в предыдущей главе, имеют 5000–15 000 пар оснований). Рассматриваемые водоросли названы в честь Чезаре Эмилиани и Томаса Хаксли, а вирус водорослей, имеющий ДНК-геном, еще называют Coccolithovirus (lithos по-гречески «камень»), имеются в виду кальциевые или «известковые» водоросли, которые и являются хозяином таких вирусов. В 2009 г. они стали «водорослями года», а получили такое название из-за своего влияния на климат и окружающую среду. Они представляют собой лишь один из 300 типов водорослей, а всего известно 40 000 различных видов водорослей. После уничтожения водорослей вирус EhV вырабатывает карбонат кальция, который аккумулируется на дне моря. Этот процесс продолжается миллионы лет, а уровень воды становится все ниже и ниже, поэтому мы видим ослепительно белые скалы на побережье Дувра и на острове Рюген в Балтийском море. Ни одному человеку при виде такого живописного берега не придет в голову, что все это результат деятельности вирусов. Точно так же не думал об этом и Каспар Давид Фридрих, когда писал на острове Рюген свою знаменитую картину.

Несколько лет назад мне пришлось рассматривать заявку на получение довольно большого гранта: задача состояла в том, чтобы «удобрить» океанскую воду железом с целью стимулировать рост водорослей, дабы последние удалили из атмосферы СО2 – газ, вызывающий парниковый эффект, и опустились вместе с ним на морское дно. Удобрить все моря и океаны? Мне такая идея показалась рискованной, поскольку я вспомнила, что происходило на Балтийском море, когда нарушение водного баланса было вызвано всего лишь жаркой летней погодой. Этот случай послужил предостережением. Мы пока плохо в этом разбираемся. Все рецензенты высказались скептически по поводу этого проекта, но такая идея время от времени возникает.

Лизирование водорослей вирусами приводит к появлению характерного запаха океанической воды. Причиной этого запаха является диметилсульфид, который опять-таки никто не связал с действием вируса, но этого не сделал бы и вирусолог. Запах обусловлен не только фагами, которые регулируют выброс СО2, но и вирусами, находящимися в водорослях, которые влияют на формирование облаков, дождя и известковых скал. Когда человек смотрит прогноз погоды, ему в голову не приходит связать это с вирусами, не говоря уже о гигантских вирусах.

Гигантские вирусы, в частности вирусы хлореллы, любят зеленые водоросли, а EhV отдает предпочтение «известковым» водорослям. Водоросль хлорелла получила свое название от хлорофилла. Эти водоросли помогли Мелвину Кэлвину, чьи лекции я слушала в Калифорнийском университете в Беркли, понять химический механизм фотосинтеза. К своему удивлению, первый вирус хлореллы мы обнаружили в кишечнике женщины, и спросили у нее, любит ли она суши. Ответ был отрицательным. (Более подробно этот вопрос рассматривается в главе 10, см. описание фекальной передачи.).

До недавнего времени не существовало такой научной дисциплины, как вирусология Мирового океана. Обнаружение в Мировом океане астрономического многообразия фагов удивило ученых, однако гигантские вирусы до сих пор широко не признаны. Объясняется это просто: их сложно выявить и они неболезнетворны. Фильтрация – стандартный способ выделения вирусов из клетки-хозяина. Но гигантские вирусы такого же размера, как бактерии, и их невозможно выделить фильтрованием, поэтому и по сей день никто не знает, сколько их. Некоторые исследователи полагают, что их много! Кроме того, одноклеточные организмы, в частности водоросли, даже не считались хозяином вирусов. Это представляется невероятным, если вспомнить, что число ежедневно возникающих новых вирусов водорослей достигает 109. Для сравнения: скорость репликации фагов составляет 1024 инфекций в секунду, а всего на планете 1030 фагов. По имеющимся оценкам, общее число вирусов 1031–1033, а число звезд на небе – 1025, число песчинок может составлять 1028 в зависимости от того, как считать!

Эти гигантские вирусы содержат двуспиральные ДНК, и у них примерно 500 000 пар оснований и, соответственно, около 500 генов, находящиеся в икосаэдрических белковых структурах. Они того же размера, что и паразитические бактерии, относящиеся к мелким бактериям. «Настоящие» бактерии, в частности хорошо известный лабораторный штамм E. coli, крупнее и состоят примерно из 5 млн пар оснований. Если сравнивать гигантские вирусы с мелкими бактериями, можно констатировать, что они одного размера. ДНК гигантских вирусов содержат даже редкие чувствительные одноцепочечные ДНК участки, а некоторые их фрагменты не кодируются, то есть в них нет генетической информации для белков, из-за чего они кажутся очень древними, и по оценкам некоторых ученых, этим вирусам 2,7 млрд лет.

Если сравнивать число генов гигантских вирусов с аналогичным показателем у ВИЧ или вируса гриппа, в каждом из которых примерно 10 генов, можно сказать, что они действительно гигантские. Но эти гигантские вирусы все же мельче самых новых гигантских вирусов. Самые крупные новые вирусы в пять раз крупнее и содержат до 2500 генов. Большинство генов гигантских вирусов невозможно найти в базе данных генов, и они практически никак не связаны друг с другом. У двух разных вирусов водорослей по 1000 генов, из которых только 14 являются родственными. И вдруг – целый новый мир генов, сигнальных путей и метаболизм – в общем, жизнь!