ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Академик АМН СССР В. М. Жданов занимался проблемой органической эволюции всю свою творческую жизнь. В под­ходе к этим вопросам он придерживался широких биологиче­ских взглядов на природу рассматриваемых явлений.

ставляющихся наиболее существенными. Определенное место занимают также обсуждение дискуссионных эволюционных проблем и определение места в этой дискуссии позиции В. М. Жданова.

Эволюционные основы систематики в и р у- с о в. Таксономия вирусов внесла позитивный вклад в общую- систематику. В вирусологии создана так называемая универ­сальная жласси-фикация, в которой выделение надвидовых таксонов проводится не только по фенотипическим признакам, ■но и на основе фундаментальных свойств. Учитываются тип нуклеиновой кислоты, организация генома, способ реализации генетической информации, строение вириона и другие моле­кулярно-биологические, биохимические и функциональные по­казатели. Подобный подход мало используется в систематике высших эукариотов. Практическая классификация этих орга­низмов до сих пор основывается на морфологических крите­риях. Опередив систематику высших эукариотов в указанном отношении, систематика вирусов отстала от нее по биологиче­ским принципам построения. В систематике вирусов при вы­делении таксонов высокого ранга не учтываются эволюцион­ные связи между ними. Это обусловлено тем, что они до са­мого последнего времени не были раскрыты.

Успехи науки и в первую очередь накопление данных о первичной структуре вирусных генов и их белковых продуктов создали предпосылки для построения эволюционных начал систематики вирусов. В. М. Жданов принял активное участие в этой работе. В основу системы, предложенной им для PHK- геномных вирусов, положена стратегия вирусного генома, а сами вирусы сгруппированы по мере возрастания сложности строения.

В настоящее время в литературе появились данные, позво­лившие произвести дальнейший анализ эволюционных связей между рядом РНК-геномных вирусов, между вирусными и клеточными геномами, а также рассмотреть эволюционные взаимоотношения вироидов, вириоидов и клетки [Kingsbu­ry D. W., 1988; Goldbach R., 1988]. На основании результатов секвенирования вирусных РНК, сопоставления стратегии ге­нома, структуры и функции белков R.

Рис. 63. Сравнение геномов пикорнавирусов (полиовирус — II) и комовиру- сов (вирус мозаики коровьего гороха — ВМКГ) [по Goldbach R., Wel­link W., 1988].

Прямоугольники — открытые читающие рамки; заштриховано — области высокой (бо­лее 20%) гомологии; 1 — белок VPgиа 5'-коице генома; 2-нуклеотндсвязывающая об­ласть; 3 — область цистеинпротеазы; 4 — полимеразная область; А — поли(А)-последо- вательность иа З'-конце генома; VPg — область капсидных белков VPg∖ P — область протеазы; POL— область РНК-зависимой РНК-полимеразы.

массой, а на З'-конце генома имеется поли (А)-участок. 2. Пер­вичным продуктом трансляции вирусного генома является ги­гантский полипептид-предшественник, который путем протео­литического расщепления нарезается на функциональные бел­ки. 3. Неструктурные белки кодируются одинаковым набором генов, который может рассматриваться как постоянный ген­ный модуль. 4. Степень гомологии неструктурных белков пре­вышает 20%. Во всех случаях эти белки вовлекаются в репли­кацию PHK-

Черты сходства в организации генома полиовируса (моно- партитный вирус) и комовируса мозаики коровьего гороха (разобщенный дипартитный геном) представлены на рис. 63. Обнаруживается сходство в порядке расположения и функ­ции генов капсидных белков, белка VPg,полимеразного комп­лекса и протеаз. В полимеразной и нуклеотидсвязывающей областях имеются гомологичные последовательности.

К супергруппе Синдбис-подобных вирусов растений отно­сятся илярвирусы, бромовирусы, кукумовирусы, тобамовирусы, тобравирусы, фуровирусы, хордейвирусы, кармовирусы и том- бурвирусы. Общим признаком этих вирусов являются сохра­нение гомологичных участков генома, наличие кэп-структуры на 5'-κoH∣∏e PHK и образование субгеномных PHK в процессе вирусного репликативного цикла. Неструктурные белки Синд­бис-подобных вирусов имеют гомологичные участки с неструк­турными белками вируса Синдбис и кодируются генами, орга­низованными сходным образом. Эти белки имеют нуклеотид-

связывающую область, обладают РНК-полимеразной актив­ностью и вовлекаются в репликацию РНК. Таким образом, члены этой группы обнаруживают сходство с вирусом Синд- бис в расположении и функции генов полимеразы или, иначе, все эти вирусы имеют общий репликативный модуль. Это- ука­зывает на общие эволюционные корни. Аналогичный вывод можно сделать в отношении пикорна-подобных вирусов расте­ний и пикорнавирусов животных.

Растительное и животное царства разошлись в своей эво­люции около l,2?10⁹млн лет назад. Учитывая высокую ско­рость эволюции РНК-геномов, возникновение предков совре­менных РНК-геномных вирусов растений и позвоночных жи­вотных следует отнести к более поздней эпохе. В дальнейшем эти провирусы разошлись в своей эволюции, дали многочис­ленные ветви, заняли различные экологические ниши и закре­пились в растениях и позвоночных «хозяевах».

Известные в настоящее время пикорна-подобные вирусы растений существенно различаются между собой по морфоло­гии вириона и ряду других признаков. Вирионы комо- и непо- вирусов сферические, а вирионы потигреквирусов палочкооб­разные. Геном комо- и неповирусов разобщен в двух частицах, а пбтигреквирусы являются монопартитными. Еще большим разнообразием характеризуются Синдбис-подобные вирусы. Для большинства из них характерны мультипартитность и различия в трансляционной стратегии генома. Все эти призна­ки относятся к вторичным, приобретенным в ходе эволюции.

Важным экологическим фактором эволюционного развития положительных РНК-геномных вирусов было использование членистоногих переносчиков, обеспечивающих контакт между растениями и организмом позвоночных «хозяев». Интересно отметить, что одним из механизмов создания изменчивости служили рекомбинации. Роль последних в эволюции положи­тельных РНК-геномов оставалась недостаточно ясной. Ре­зультаты происшедших рекомбинационных событий можно видеть при сравнении геномов некоторых пикорна- и Синдбис- подобных вирусов растений [Goldbach R., Wellink J., 1988]. В целом итогом эволюции является образование двух ветвей положительных РНК-геномных вирусов, объединенных общ­

ностью происхождения, сохранивших элементы структурно­функционального единства и использующих в качестве «хозя­ев» представителей животных и растительных царств.

В. М. Жданов разделял мнение об эволюционных связях вирусов с генетическими элементами клетки. Эта идея полу­чает все большее развитие. На основании структурно-функ­ционального сходства и гомологии генома построены две фи­логенетические линии: 1) интроны группы I — вироиды— ви- русоиды — дельта-агент и 2) транспозоны — ретровирусы — гепаднавирусы [Kingsbury D. W., 1988]. Общность первой филогенетической линии определяется тем, что геном состав­ляющих ее агентов во всех случаях представлен небольшой по размеру однонитевой РНК, богатой комплементарными участками. Имеются области высокой гомологии. Прароди­тельской формой, по-видимому, являются подвижные генети­ческие элементы клетки, подобные интронам группы I, давшие начало вироидам.

Известно 14 вироидов. Все они используют в качестве «хо­зяев» растения. Представляют собой «голую» РНК, не имею­щую белковой оболочки. Протяженность генома 246—371 нук­леотидов. Не требуют для своей репликации вируса-помощни­ка. Репликация вироидов управляется ДНК-зависимой PHK- полимеразой клетки «хозяина» с использованием кРНК-олиго- меров в качестве матрицы. Летальное действие вироидов на растительную клетку связывается с подавлением пре-мРНК- процессинга [Smarda S., 1987; Albanese J., La Rosa R., 1988].

Вирусоиды рассматриваются как вироиды, утратившие спо­собность к самостоятельной репликации. Репликация вирусои- дов осуществляется при помощи вируса-помощника. Исполь­зуют в качестве «хозяев» растения. Геном имеет протяжен­ность 350—400 оснований и содержит протеинкодирующие по­следовательности, направляющие синтез белков, которые уча­ствуют в образовании оболочки вирусоидов.

Особое место в рассматриваемой филогенетической линий занимает дельта-агецт, представляющий собой единственный известный в настоящее время вирусоид-подобный патоген че­ловека. Его репликация происходит при помощи вируса гепа­тита В. Геном дельта-агента состоит из 1683 нуклеотидов. Име­ются 5 открытых рамок считывания, две из которых находят­ся в геномной, а три — в антигеномной ориентации [MakinoSh. et al., 1987]. Кодируемый вирусным геномом белок с молеку­лярной массой 24 000 фосфорилирован по серину. Этот фос­фопротеид обладает РНК-связывающей активностью и участ­вует в образовании частиц дельта-агента [Chang Ming-Fu et al., 1988]. Дельта-агент не имеет аналогов среди вирусов жи­вотных. Не ясно, происходит ли дельта-агент непосредственно от интронов группы I или же его эволюция шла по этапам че­

рез вироиды и вирусоиды. C ,последними дельта-агент имеет значительную гомологию [Makino Sh. et al., 1987].

Возможность построения филогенетической линии транспо­зоны— ретровирусы — гепаднавирусы обусловлена тем, что входящие в нее ретро- и гепаднавирусы используют для своей репликации механизм обратной транскрипции. Область гено­ма, кодирующая обратную транскриптазу, имеет участки высо­кой гомологии. Геномная ДНК гепаднавирусов и ДНК-копия ретровирусного генома обладают способностью встраиваться в клеточный геном, образуя при этом транспозон-подобные структуры. Структурно-функциональное сходство транспозонов с интегрированными геномами ретро- и гепаднавирусов указы­вает на их эволюционную общность. Однако сложность орга­низации не позволяет сказать, какой элемент в этой системе является первичным. Не исключена также возможность эво­люционного движения в двух направлениях, т. е. от клетки к трансмиссивным генетическим элементам и от них к клетке. Ретро- и гепаднавирусы при интеграции в геном клетки спо­собны вызывать инсерционные мутации. Такие процессы, ве­роятно, являются важным механизмом формирования эука­риотического генома в процессе эволюции [Jolais F., Sabo А., 1988].

Скорость молекулярной эволюции ДНК-ге­номных вирусов. PHK- и ДНК-геномные вирусы суще­ственно различаются по уровню мутабельности. Репликация PHK происходит с низкой точностью. В передающуюся инфор­мацию вносится значительная ошибка. Частота мутаций за ге­нерацию достигает IO^-3—IO^-4. Это в 100 000 выше, чем частота мутаций ДНК. За 33 поколения РНК-геномные вирусы могут накопить такой запас изменчивости, на создание которого у ДНК-геномных вирусов потреібовалось бы 10 млн поколений. Низкая мутабельность ДНК определяется природой этого ге­нетического материала, апосоїбом репликации и способностью к репарации. Приведенные данные позволяли считать, что ДНК-геномные вирусы. характеризуются глубоким консерва­тизмом наследственности. В настоящее время это традицион­ное мнение требует если не пересмотра, то уточнения.

Вопрос о мутабельности ДНК-геномных вирусов является частью более общего вопроса о скорости молекулярной эво­люции ДНК на различных ступенях эволюционной лестницы. Дискуссия по этому поводу в научнной литературе ведется бо­лее 15 лет. На основании накопленных данных можно считать установленным, что скорость молекулярной эволюции неоди­накова в различных таксономических группах и единых моле­кулярных часов эволюции не существует. Основываясь на ре­зультатах гибридизации уникальных последовательностей ДНК и данных секвенирования гомологичных генов и псевдо-

Рис. 64. Филогенетические древа позвоночных и поксвирусов [по Gent­ry G. A. et al., 1988].

1 — позвоночные; 2 — поксвирусы; 3 — позвоночные. Скорость эволюции уравнена со скоростью эволюции поксвирусов (коэффициент 2,8). Длина ветвей в случаях 1 и 2 пропорциональна эволюционному расстоянию, выраженному в числе мутаций на 100 аминокислотных остатков в молекуле тнмидннкиназы позвоночных или вирусов. Ч —человек; X — хомяк; M — мышь; К — курица; BBO — вирус ветряной оспы; BOO- вирус оспы обезьяны; BOB — вирус осповакцины; ВФК — вирус фибромы кролика; BOn — вирус оспы птиц.

генов у разных видов, R. J. Britten (1986) пришел к выводу, что скорость молекулярной эволюции может различаться в 5 раз и составлять от l,3?10~⁹до 6,6?10^-9замен на участок в год. Наиболее низкие скорости эволюции ДНК обнаружены у высших приматов и птиц, а наиболее высокие — у грызунов, морских ежей и дрозофилы. Li Wen-Hsiung и. соавт. (1987) считают, что скорость нуклеотидных замещений у грызунов в 4—8 раз выше, чем у высших приматов, и в 2—4 раза выше, чем у копытных. Темп молекулярной эволюции гоминоидов ниже, чем высших приматов. У человека по сравнению с шим­панзе и орангутангом отмечается более низкая частота нук­леотидных замещений. В качестве причин различий в скорости молекулярной эволюции называют продолжительность поко­лений и число репликаций ДНК в клетках зародышевого пути. Указывается также на особенности механизмов репликации ДНК и эффективность репарации.

ДНК-теномные вирусы не составляют исключения в общем порядке. Скорость их молекулярной эволюции как агентов с более коротким жизненным циклом превышает скорость мо­лекулярной эволюции позвоночных «хозяев». Обзор данных по этому вопросу сделали G. A. Gentry и соавт. (1988).

Представление о различиях в скорости молекулярной эво­люции поксвирусов и их «хозяев» дает следующий наглядный пример. На рис. 64 показаны филогенетические древа поксви­русов и позвоночных, начерченные на основании результатов сравнения аминокислотной последовательности дезокситими-

динкиназы. В случаях 1 и 2 филогенетические древа построе­ны по единому принципу, но в различном масштабе. Длина ветвей пропорциональна эволюционному расстоянию, выра­женному в числе мутаций на 100 аминокислотных остатков. Мутабельность поксвирусов превышает соответствующий по­казатель для позвоночных в 2,8 раза. Сравнение древа 1 и древа 2 показывает, что они различаются по высоте. Это сви­детельствует, что скорость эволюции позвоночных меньше ско­рости эволюции поксвирусов. Древо позвоночных 3 построено в масштабе филогенетического древа поксвирусов. Использо­ван добавочный коэффициент 2,8. Различия в протяженности древа позвоночных и древа поксвирусов, обусловленные неоди­наковой скоростью замещения аминокислотных остатков дез- окситимидинкиназы, стираются.

Вирусы ветряной оспы — опоясывающего лишая и вирусы герпеса типа 1и 2разошлись в своей эволюции около 48,6 млн лет назад. Скорость аминокислотных замен в малой субъединице рибонуклеотидредуктазы за этот период превы­шала соответствующий показатель для фермента «хозяев» в 38 раз. Рассмотренные данные показывают, что ДНД-геном- ные вирусы существенно отстают по уровню мутабельности от РНК-геномных, но несколько опережают своих позвоночных «хозяев». Это позволяет говорить об относительно низком кон­серватизме наследственности ДНК-геномных вирусов И выде­лять' их среди организмов, использующих в качестве генети­ческого материала ДНК.

Мутабельность вирусного генома создает предпосылки для осуществления микроэволюции ДНК-геномных вирусов, кото­рая, судя по состоянию естественных вирусных популяций, протекает достаточно интенсивно. Об этом свидетельствуют насыщенность вирусных популяций мутациями и наличие внут- рипопуляционных различий. Особенно интересные данные по­лучены при изучении аденовирусов. В этих исследованиях применялась единая методика рестрикционного анализа вири-, онной ДНК. Поэтому результаты различных авторов сопоста­вимы. Li Quan-Gen и G. Wadell (1988) использовали для ана­лиза 61 штамм аденовируса типа 3,изолированный на 6 кон­тинентах, эндонуклеазы Bell, Bgll 1, Hpal, Sallи Smal. Выделены 17 геномных типов, которые разделены на 3 геном­ные группы. Штаммы, отнесенные к 1-й группе, были выделены в Африке, Европе, Северной и Южной Америке, ко 2-й — в Африке, к 3-й отнесены штаммы, которые имели глобальное распространение, за исключением стран Южной Америки. У аденовируса типа 16описано 16 геномных вариантов, при­чем участки изменчивости равномерно распределялись по все­му геному. Среди 76 штаммов аденовируса типа 37,выделен­ных за последние 10 лет от больных на трех континентах, об-

наружено 20 штаммов, отличающихся по физическим картам геномной ДНК от прототипного штамма. Изменение физиче­ских карт в некоторых случаях сопровождалось серологиче­скими различиями, выявляемыми в РТГА и PH. Однако эти различия были невелики и не соответствовали расхождению, которое ожидалось по данным рестрикционного анализа [Ad­rian Fh. et al., 1988].

Роль популяций в э в о л юци и. Непонятным на пер­вый взгляд эволюционным представлением В. М. Жданова является отрицание реальности существования популяций у вирусов. В настоящей книге можно прочесть следующее: «Столь же неприемлемым к вирусам является и понятие по­пуляции, так как внутриклеточная стадия репродукции, а тем более интеграционные процессы нацело лишают смысла трак­товку репродуцирующегося вируса как популяции и т. д.».

Трудности введения в вирусологию понятия категории «по­пуляция» легко преодолеваются, если учесть, что популяция есть категория историческая. Структура и принципы органи­зации популяции изменялись в ходе эволюции. Вирусные по­пуляции характеризуются своеобразием и существенно отли­чаются по своему строению от популяций высших эукариотов, которые служат эталоном популяции для большинства биоло­гов [Цилинский Я- Я., 1988]. В. М. Жданов прошел мимо этой очевидной истины. Это прямо связано с состоянием современ­ной эволюционной биологии и со взглядами В. М. Жданова на движущие силы эволюции.

Синтетическая теория эволюции переживает глубокий кри­зис. Ее центральная догма, согласно которой накопления в по­пуляциях случайных мутаций и их последующая оценка есте­ственным отбором являются необходимыми и достаточными условиями для осуществления микро- и макроэволюции, уже не может претендовать на монополию в изучении эволюцион­ного процесса. Современная эволюционная теория должна учи­тывать непостоянство генома, нейтральность молекулярной эволюции и многие другие явления [Antonovics J., 1987; Но Mae-Wan₁ 1987; Pollard J. W., 1987; David J. R._i 1988]. Отрица­ние В. М. Ждановым очевидного факта существования попу­ляций у вирусов является своеобразным протестом против бес­силия классической синтетической теории эволюции (в основ­ном ограничивающейся рассмотрением популяционных .про-' цессов) объяснить развитие органического мира.

Одновременно с пересмотром и модернизацией синтетиче­ской теории эволюции в современной науке происходит рож­дение новой философии ,биологии. Работы В. М. Жданова по эволюции способствовали этому. В. М. Жданов назвал силу, которая может ускорить эволюционное развитие. Такой силой служит вирусная трансдукция. Мысль о роли вирусов в гори-

323’

зонтальном переносе генетической информации высказывалась в общем виде неоднократно. Заслуга В. М. Жданова заключа­ется в том, что он, как профессионал-вирусолог, всесторонне обосновал эту идею.

Развитие теории эволюции не означает забвения достиже­ний прошлого [Futuyma D. J., 1988]. Не признавая реальность существования вирусных популяций, В. М. Жданов фактически не порывал с синтетической теорией эволюции и широко ис­пользовал в своих работах популяционный и экологический подходы к эволюционным явлениям. Рассмотрим развитие это­го направления.

Классическими и постоянно действующими источниками наследственной изменчивости для вирусов являются мутации, истинные рекомбинации и перераспределение фрагментов ге­нома. Накопленные данные свидетельствуют о том, что эти источники создают в популяциях огромный запас генетической изменчивости и обеспечивают микроэволюцию. Эту функцию могут выполнять не только значительные по протяженности, но и единичные точковые мутации. К имеющимся доказатель­ствам влияния точечных мутаций на фенотип добавилась рабо­та Jooh Ji-Woon и соавт. (1988), установивших, что диабетиче­ский вариант вируса энцефаломиокардита отличается от не­диабетического наличием одного олигонуклеотида, который не выявляется на Ti-олигонуклеотидных картах недиабетическо­го варианта. Изменение Ті-олигонуклеотидной карты недиабе­тического варианта было обусловлено единичной точковой за­меной A→-C,локализованной в участке генома, соответствую­щей утраченному олигонуклеотиду. Других замен ни в этом, ни в смежных участках не обнаружено. Полученные результа­ты позволяют предполагать, что существенное изменение пато­генных потенций вируса энцефаломиокардита, выражающееся в потере способности вызывать диабет, может быть обуслов­лено одной точковой мутацией типа замены. Вызывают инте­рес также данные, относящиеся к ретровирусам. Единичная мутация в гене оболочечных белков, приводящая к замене лизина на аргинин, нарушает их процессинг и лишает эндо­генный онкотропный вирус лейкоза мышей линии СЗН/Не способности к репликации и ряда других свойств. Обратно на­правленная мутация в сайте процессинга (замещение аргини­на на лизин) ведет к реверсии к дикому типу [Sithanandam G., Rapp U. R., 1988].

Продолжается накопление данных о роли перераспределе­ния фрагментов генома в изменчивости орбивирусов. J. L. Stott и соавт. (1987) изучали образование реассортантов в организ­ме телят, инфицированных двумя серотипами вируса синего языка. Преобладающее количество (89%) вирусных клонов, изолированных из крови зараженных животных, было реас-

сортантами. В их образовании участвовали 6 из 10 сегментов, имеющихся в вирусном геноме. Идентифицировано 16 видов реассортантов. P. D. Oberst и соавт. (1987) показали, что ге­нетическое взаимодействие между штаммами вируса синего языка в организме естественных «хозяев» происходит не толь­ко при острой, но и длительно текущей инфекции. Авторы вы­деляли реассортанты из организма быка на протяжении 41 дня, в течение которых продолжалась виремия. Полученные ре­зультаты указывают, что пересортировка геномных сегментов вносит значительный вклад в образование фено- и генотипи­ческих различий, характерных для циркулирующих в природе штаммов вируса синего языка.

Благодаря высокой мутабельности генетического материа­ла эволюция РНК-геномных вирусов происходит в организме зараженного «хозяина» во время инфекционного процесса. Ви­рус, внедрившийся в организм «хозяина», генетически отлича­ется от вируса, который в последующем накапливается у ■больного. F. Gebauer и соавт. (1988) проследили изменчивость вируса ящура серотипа Сз в организме крупного рогатого ско­та на протяжении 539 дней персистентной инфекции. Скорость молекулярной эволюции вирусного генома составила 0,9 ? ?10~²—7,4?10^²замен на участок в год; 59% мутаций PHK влекли за собой аминокислотные замены. В процессе инфек­ции от быка были получены изоляты вируса, отличающиеся в антигенном отношении от родительского штамма. Эти данные указывают, что крупные жвачные животные не только выпол­няют роль резервуаров вируса ящура, но й служат источни­ком измененных вариантов.

Накопление мутаций и изменчивости, «поставляемой» ре­комбинациями, ведет к формированию внутри- и межпопуля­ционных различий. В этом отношении чрезвычайно показа­тельны данные о полиовирусе, рассмотренные в обзоре Ю. 3. Гендона (1988). Использование 7_голигонуклеотидного картирования, определение последовательностей нуклеотидов и аминокислот, а также антигенный анализ, проведенный с помощью панели моноклональных антител, позволили уста­новить, что штаммы полиовируса, циркулирующие в различ­ных географических зонах, характеризуются фено- и геноти­пической индивидуальностью. Выделены 10 групп (Средне­азиатская, Северной Америки, Южноафриканская, Индийская и т. д.). R. Rico-Hesse и соавт. (1987) провели сравнительное изучение последовательностей генома, кодирующих участки капсидного белка VPlи некапсидного протеина А2 у 62 штам­мов полиовируса типа 1. Штаммы были выделены за послед­ний 31 год на 5 континентах от больных паралитическим по­лиомиелитом. Проведена группировка и выявлены фокусы цир­куляции сходных штаммов. Установлено рекомбинантное про-

исхождение (дикий — дикий, вакцинный — дикий) некоторых изолятов. В практическом отношении важно отметить, что в естественных популяциях полиовируса могут появляться анти­генно атипичные штаммы, которые преодолевают иммуноло­гический барьер, создаваемый вакцинацией. Изменчивость в этом направлении связана с неполным охватом населения им­мунизацией и невысоким уровнем коллективного иммунитета [Цилинский Я- Я-, 1988]. Перед здравоохранением возникает проблема принятия мер по защите от антигенно .измененных вариантов и созданию соответствующих вакцин. Новые воз­можности для решения этой задачи открывают успехи в по­лучении жизнеспособных межтиповых гибридов полиовируса генно-инженерными методами [HogleJ. M., 1988].

В процессе эволюции вирусные популяции приспосаблива­ются к среде обитания, занимают определенную экологиче­скую нишу и расходятся генетически. Важные данные полу­чены при изучении вирусов рода Hantaanvirusсемейства Bu- nyaυiridae [Le Due J. W., 19871. Род включает в себя возбуди­теля корейской геморрагической лихорадки, вирус хантаан, выделенный в 1978 г. в Корее, и хантаан-подобные вирусы, ко­торые разделяются на 3 серологические группы. Все назван­ные вирусы сходны по своей экологии, способу передачи и ме­ханизму выживания в природе. Они вызывают у грызунов хроническую асимптоматическую инфекцию. Несмотря на вы­сокий иммунный ответ, вирус может сохраняться в организме «хозяина» пожизненно. Вирус выделяется и распространяется во внешней среде со слюной, мочой и фекалиями грызунов; за счет этого механизма передается в популяциях грызунов го­ризонтально. Вирус хантаан и хантаан-подобные вирусы слу­жат причиной различных геморрагических лихорадок у чело­века. Заражение человека осуществляется аэрогенным, а так­же контактным путем и через укус грызунов.

Хантаанвирусы имеют глобальное распространение и в за­висимости от занимаемой географической зоны различаются серологически, по степени вирулентности для человека и др. Вирус хантаан и близкие к нему штаммы циркулируют в Ки­тае, Корее, на Дальнем Востоке, а также на юге Сибири и в Европейской части СССР. У человека он вызывает тяжелую геморрагическую лихорадку с почечным синдромом, сопровож­дающуюся высокой смертностью. В противоположность этому хантаан-подобные вирусы, циркулирующие в Скандинавии, Западной и Центральной Европе, а также в некоторых райо­нах Европейской части СССР (прототипный штамм Puumala), служат причиной относительно легко протекающего и добро­качественного заболевания — геморрагической нефропатии. Хантаан-подобные вирусы, распространенные в США и Кана­де (прототипный штамм Prospect Hill),не обладают виру­

лентностью для человека. Причиной указанных различий, по­мимо географической изоляции, является действие экологиче­ского фактора — использование различных «хозяев». «Хозяи­ном» вируса хантаан служат мыши Apodemus agrarius,вируса Puumala — обыкновенная полевка Clethrionomys glareolus,а вирус Prospect Hillэкологически связан с грызунами Microtus Californicus.На значение экологического фактора в дифферен­цировке хантаанвирусов указывает тот факт, что ареалы Apo- demus agrariusи Clethrionomys glareolusв Европе перекры­ваются. В результате на одной и той же территории циркули­руют штаммы вирусов, которые различаются как серологи­чески, так и по патогенным потенциям для человека.

Хантаанвирусы не являются единственной вирусной груп­пой, представители которой разошлись между собой в резуль­тате не только географической, но и экологической изоляции. Важные данные получены в отношении вирусов рода Bunya- virusesсемейства Bunyaviridae [Calisher Ch. H., 1988]. Отно­сящиеся к этому роду вирусы антигенной группы Cчетко диф­ференцируются друг от друга серологически в РТГА, PCK и PH и различаются по первичной структуре поверхностного гли­копротеида G.Их ареал включает Бразилию и ряд других стран Южной Америки. Вирусы группы Cспособны к пере­распределению фрагментов генома и потенциально образуют единый генный пул. Тем не менее генетическая индивидуаль­ность членов группы сохраняется. Это достигается тем, что каждый вирус занимает свою экологическую нишу, в силу чего пути их циркуляции в позвоночных «хозяевах» и переносчи­ках не скрещиваются. Экологическая изоляция характерна также для многих буньявирусов, встречающихся на одной тер­ритории и относящихся к антигенным группам Гуама, Патоис, Симбу и Калифорния.

Неоднородность популяций вирусов и их быстрая микро­эволюция относятся к числу общих явлений, характерных для вирусов различных систематических групп. Вместе с тем даже у близких вирусов этот процесс имеет свою специфику. М. Ya- mashita и соавт. (1988) изучили особенности молекулярной эволюции вируса гриппа В и закономерности смены штаммов за последние 40 лет.

C этой целью была определена первичная структура гена гемагглюти­нина (НА) и гена неструктурных белков (NS)у вирусных изолятов, полу­ченных в 1940—1987 гг. Для секвенирования использовали ДНК-копии соответствующих сегментов генома. Эволюционное расстояние между изо­литами определяли исходя из числа нуклеотидных замен в указанных ге­нах. Результаты сравнивали с аналогичными данными, имеющимися в ли­тературе в отношении вирусов гриппа А и С.

Как следует из рис. 65, на котором представлены данные, полученные за 7 последовательных эпидсезонов, закономерно-

Рис. 65. Разброс признаков и смена штаммов в популяциях вирусов гриппа А, В и C[,по Yamashita М. et al., 1988]. Точки, лежащие на горизонтальной плоскости, соответствуют штаммам, выделенным в. один и тот же эпидсе- зон. Протяженность линий, соединяющих эти точки, соответствует эволю­ционному расстоянию между штаммами.

сти движения генетического материала в популяциях вирусов гриппа А, В и Cразличались. Родоначальником штаммов, пре­обладающих в тот или иной эпидсезон, для вируса гриппа А служит лишь один родительский штамм, а для вирусов грип­па В и C — несколько. Это явление особенно выражено в слу­чае вируса гриппа С. В результате в популяциях вирусов со­здается различный разброс признаков. В каждый эпидсезон популяция вируса гриппа А представлена одной, а популяции вирусов В и C — несколькими родословными. В последнем слу­чае выживает две линии или более. Из результатов сравнения протяженности ветвей, соединяющих штаммы, следует, ЧТО эволюция вируса гриппа В идет медленней, чем вируса грип­па А, но быстрей, чем вируса гриппа С,

Порядок смены штаммов у вируса гриппа А, по-видимому, обусловлен более высокой мутабельностью вирусного генома, а также меньшей продолжительностью жизненного цикла и более быстрой сменой поколений за единицу времени в мас­штабе популяции. Это способствует накоплению мутантов, среди которых имеются единичные мутанты, способные пре­одолеть коллективный иммунитет. Они обеспечивают продол­жение рода и существование вируса во времени. Остальная часть родительской популяции утрачивается. Вирусы гриппа В и Cиспытывают меньшее иммунное давление. Это, несмотря

на меньший спектр антигенной изменчивости, обусловленной относительно низкой мутабельностью, обеспечивает продолжи­тельную циркуляцию штаммов на продолжении нескольких эпидсезонов. Вирус гриппа В изменяется в 2—6 раз медленней, чем вирус гриппа А. Показателем низкой мутабельности виру­са гриппа Cявляются отсутствие мутаций в гене NSу вирус­ных изолятов, разделенных интервалом в 19 лет, и изменения только по двум нуклеотидам в гене НА у изолятов, получен­ных с интервалом в 31 год. Молекулярная эволюция вируса гриппа В протекает со скоростью 1,1 ? IO^-3нуклеотидных за­мен на участок в год.

Экологическая ниша, которую занимают вирусы, включа­ет в себя не только организм и популяцию «хозяина», но и восприимчивые клетки, в которых происходит репродукция ви­русов. Долгое время считалось, что видовая специфичность вируса по отношению к «хозяину» и выбор определенных кле­ток-мишеней в организме последнего обеспечиваются специ­фичностью взаимодействия вируса с клеточными рецепторами. Позднее были получены доказательства того, что ограниче­ние круга «хозяев» обусловлено также условиями репродук­ции вируса в чувствительных клетках. Из новых работ, посвя­щенных этой проблеме, можно выделить сообщение J. Bene- vente и A. Shatkin (1988), изучавших причину неспособности реовируса птиц к репродукции в клетках мыши. Вирус специ­фически взаимодействовал с культурой мышиных L-клеток и 'проникал в цитоплазму, в которой происходило образование вирусных транскриптов. Однако вирусные^ мРНК не связыва­лись с полисомами, и синтез вирусных белков не осуществлял­ся. Инфекционный цикл прерывался. Вирусспецифические РНК, синтезирующиеся в А-клетках, были функционально ак­тивны и транслировались на белки в условиях in vitroв рети­кулоцитах кролика. Таким образом, репродукция реовируса птиц в клетках мыши блокировалась на стадии инициации синтеза белков.

Одним из путей эволюции вирусов является расхождение в организме «хозяина». Такой путь проделали герпетические ви­русы человека, которые используют различные клетки-мише­ни, имеют определенный тканевый тропизм и различаются по патогенезу вызываемых им заболеваний. Тканевый тропизм этих вирусов в значительной степени обеспечивается биохи­мическими механизмами: модификацией регуляции транскрип­ции, посттрансляционным изменением структурных белков и активностью регуляторных генов. Эти свойства приобретены в процессе эволюции и вносят свой вклад в специфичность взаи­модействия вируса с клетками [Mach М. et al., 1988].

Приведенные данные показывают, что в микроэволюции вирусных популяций прослеживаются элементы градуалисти­

ческого формообразования и важную роль для его осуществле­ния играет экологический фактор. В целом это укладывается в концепцию синтетической теории эволюции о медленном на­коплении незначительных изменений и постепенном расхож­дении популяций, занимающих свои экологические ниши. Осо­бенности градуалистической эволюции вирусов, обусловленные эволюционными возможностями генома и структурой популя­ций вирусов, обсуждались ранее [Цилинский Я- Я-, 1988]. Гра­дуалистическое формообразование не является единственным путем, по которому следуют вирусы. Эволюция вирусов про­исходит также в результате взрывов, скачков, сальтационно. Одна из возможностей для этого открывается благодаря ней­тральности молекулярной эволюции.

Значение теории нейтральности молекуляр­ной эволюции для вирусологии. В. М. Жданов быст­ро воспринимал новые идеи эволюционного учения. Он не прошел мимо теории нейтральности молекулярной эволюции М. Kimura (1985), постулаты которой изложены в настоящей книге.

Огромный фактический материал, накопленный в вирусо­логии, подтверждает концепцию М. Кимуры и свидетельству­ет, что молекулярная эволюция вирусов идет по пути нейтра­лизма. Это относится не только к ДНК-геномным, но и PHK- геномным вирусам. Для утверждения нейтралистской теории последнее особенно важно. Эта теория была разработана на основе фактических данных, полученных при изучении орга­низмов, которые используют в качестве генетического мате­риала ДНК- Характер молекулярной эволюции РНК-геномных вирусов показывает, что принципы нейтрализма универсальны и распространяются на всю биосферу.

Использование РНК-геномных вирусов как объекта иссле­дований открыло новые возможности для познания законо­мерностей молекулярной эволюции. Общий ход развития жиз­ни на Земле прослежен на протяжении 3,5 млрд лет. Мута­ционные изменения накапливаются в .геноме и в белках всех организмов из поколения в поколение. Благодаря низкой му- табельности ДНК скорость молекулярной эволюции организ­мов, использующих этот генетический материал, относительно невелика. Для белков млекопитающих определены следующие величины: инсулин — 0,44, миоглобин — 0,89, a-цепь гемогло­бина— 1,2, лизоцим — 2,0, панкреатическая РНКаза — 2,1, фибринопептиды — 8,3?10~⁹на участок в год и т. д. Скорость молекулярной эволюции генов паповавирусов, кодирующих малый Гантитен, большой Т-антиген и белки VPlи VP2,со­ставляет 4,1 X IO^-9—6,5?10^-9на участок в год. Кратковремен­ность человеческого существования не позволяет непосредст­венно наблюдать эти процессы. Для восстановления хода мо­

лекулярной эволюции прибегают к косвенному методу — к сравнению организмов, происходящих из общего корня и разошедшихся эволюционно. По масштабу различий судят о времени появления организмов и о пройденном эволюционном пути. Высокая мутабельность РНК, превышающая мутабель- ность ДНК в IOOOOO раз, и быстрое накопление молекулярных изменений позволяют восстанавливать ход молекулярной эво­люции РНК-геномных вирусов с помощью более совершенного метода, т. е. прямого сравнения современных вирусов и их предков. Материалом для исследований служат штаммы ви­русов, выделенные с интервалом в 5; 10; 20 лет и более и раз­деленные эволюционной дистанцией в 5000; 10 000 и 20 000 по­колений и T-. д. (при среднем жизненном цикле вируса, равном 8 >ч). Сравнение этих штаммов дает возможность проследить ход молекулярной эволюции и определить ее характер. Таким образом, о молекулярной эволюции РНК-геномных вирусов су­дят не по готовым результатам истории прошлого, а непосред­ственно по изменению архаичных форм.

Центральным положением нейтралистской теории является ее третий постулат, согласно которому мутационные замены, приводящие к меньшим нарушениям структуры и функции молекулы (консервативные замены), в ходе эволюции проис­ходят чаще тех, которые вызывают более существенное нару­шение структуры и функции данной молекулы. Речь идет о преимущественном накоплении нейтральных или почти ней­тральных мутаций, т. е. мутаций, существенно не влияющих на фенотип или же дающих слабый отрицательный эффект.

Рассмотрим пример, показывающий фиксацию нейтраль­ных мутаций в вирусном геноме. В. J. Jonson и соавт. (1986) провели секвенирование ДНК-копий 26S PHK вирулентного штамма вируса венесуэльского энцефаломиелита лошадей Тринидад и полученного из него аттенуированного штамма ТС-83. К аттенуации привели длительное пассирование и се­лекция вируса в культурах клеток. Молекула 26S PHK содер­жит гены 3 структурных белков вириона: поверхностных гли­копротеидов Е2 и Elи внутреннего белка С. Показано, что ни последовательность генов, ни протяженность молекулы, ни по­ложение открытой рамки считывания при аттенуации не из­менялись. Аттенуированный штамм ТС-83 отличался от виру­лентного предшественника штамма Тринидад по 13 нуклео­тидным заменам, из. которых только 5 вели к заменам амино­кислот. Все 5 мутаций, влияющих на аминокислотную после­довательность, локализовались в гене для белка Е2. Этот ген, а также некодирующая область у 5'-конца молекулы 26S PHK рассматриваются как возможные генетические детерминанты вирулентности. В функциональном плане гликопротеид Е2 вы­зывает образование протективных антител и, по-видимому,

определяет специфичность при взаимодействии вируса с клет­кой. У вирусов комплекса венесуэльского энцефаломиелита лошадей белок Е2 характеризуется значительной антигенной изменчивостью. Все 7 мутаций, выявленные в генах белков для Elи Cаттенуированного штамма ТС-83, носили нейтраль­ный характер и не влекли за собой аминокислотных замен.

Возможность возникновения и фиксации в геноме нейтраль­ных мутаций определяется свойствами генетического кода. Нуклеотиды, составляющие кодоны, имеют неодинаковую смысловую нагрузку. Происхождение этих различий связано с эволюцией генетического кода. Из 3 нуклеотидов, составля­ющих кодоны, наибольшая смысловая нагрузка ложится на первый и второй. Третий нуклеотид характеризуется низкой специфичностью. В результате этого сродство кодонов в отно­шении аминокислот часто определяется двумя первыми нук­леотидами. Третья позиция может быть представлена одним из нескольких нуклеотидов. Смысл триплета и его способность кодировать синтез определенной аминокислоты при этом не изменяются. Таким образом, нуклеотидные замены в третьем положении кодона чаще всего нейтральны или, иначе, ней­тральные мутации обычно фиксируются именно в этой позиции.

Преимущественное накопление мутаций в третьем положе­нии кодона характерно для вирусного генома. N. Saitou (1987) обобщил данные о характере и локализации нуклеотидных замен, обнаруженных в генах для гемагглютининов Hlи Н2, генах нейраминидазы Nlи N2,а также генах неструктурного белка NSи матриксного белка Mвируса гриппа А человека. Всего в третьем положении кодона отмечалось 268 мутаций, а в первом и втором — только 189.

Мутации в третьем положении кодона чаще всего синони­мичны, т. е. они не приводят к заменам аминокислотных остат­ков в молекуле белка. J. R. Wiener и W. К. Joklik (1988) про­вели сравнение нуклеотидных последовательностей геномного сегмента М2реовирусов человека типа 1; 2 и 3,разошедших­ся в своей эволюции и различающихся серологически и по не­которым другим биологическим свойствам. Сегмент М2коди­рует синтез кислого белка μ/, характеризующегося низким со­держанием цистина, гистидина и метионина и богатого про­лином. Около 27% аминокислотных остатков находятся в а-спиральной конфигурации. В результате протеолитического расщепления белка μl,которое происходит между аминокис­лотными остатками, находящимися в позициях 42 и 43, обра­зуется белок μ7C, который является основным структурным компонентом вириона. Сегменты М2серотипов 1и 2, 1и 3и 2и 3имели соответственно 15%, 23% и 23% общих основа­ний. В противоположность этому продукт гена М2,белок μ/, характеризовался высокой степенью гомологии — 97%. Кон­

серватизм белка μ/ достигался тем, что большинство мутаций PHK фиксировалось в третьем положении кодона и не приво­дило к аминокислотным заменам. При сравнении геномного сегмента М2серотипа 1и 3в третьем положении кодона было обнаружено 87,6%, серотипов 1и 2—86,4% и серотипов 2и 3—86,6% всех выявленных мутаций. Относительная частота мутаций в первом положении кодона была 9,6%; 11,8% и 11,2%, а во втором—2,8%; 1,8% и 2,2% соответственно для серотипов 1и З, 1и 2 и 2 и 3.Только 18 из 324 мутаций, выявленных при сравнении серотипов 1и 3,приводили к ами­нокислотным заменам. Для серотипов 1и 2, 2и 3этот пока­затель составлял соответственно 20 из 501 и 23 из 507.

Помимо свойств генетического кода, нейтральный характер мутаций определяется особенностями структуры белковой мо­лекулы. Молекула белка состоит из небольшого функциональ­но активного центра и значительной по протяженности «пас­сивной» части. Фиксация мутаций в «пассивной» части не из­меняет и функцию белка и не влияет на фенотип. Кроме того, корреляция между первичной структурой молекулы белка и структурами высшего порядка, которые определяют функцио­нальную активность молекулы, носит вырожденный характер. Поэтому изменение аминокислотной последовательности, на­ступающее в результате мутаций, может не влиять на струк­туры высшего порядка и на функцию белка. Мутации носят нейтральный характер.

Классическим примером сохранения функциональной ак­тивности вирусного белка в условиях накопления нейтральных мутаций служит следующее. J. Blok и G. М. Air (1982) срав­нили первичную структуру участков нейраминидазы 8 подти­пов вируса гриппа А. Молекула нейраминидазы имеет трех­мерную структуру: ножка, головка и трансмембранный сегмент с гидрофобным участком на NH₂-κoH∏e. C головкой связана антигенная и ферментативная активность белка. Гидрофобный участок обеспечивает прикрепление молекулы к липидному бислою вириона. Ножка соединяет эти участки молекулы. Ста­билизация ножки обеспечивается углеводами и дисульфидны­ми связями. Сравнение первичной структуры трансмембранно­го сегмента и ножки нейраминидазы показало, что эти участ­ки отличаются по аминокислотной последовательности. Не­смотря на низкую гомологию, общий характер полипептидных цепей и их свойства сохранялись. Трансмембранный сегмент у всех подтипов нейраминидазы содержал высокий процент гидрофобных аминокислот. В структуре ножки обнаружены остатки цистеина, способные формировать дисульфидные свя­зи, и сайты гликозилирования. Дисульфидные связи и присо­единение углеводов обеспечивают стабилизацию трехмерной ^структуры ножки. Показано, что выраженная мутационная пе­

рестройка первичной структуры не влияла на третичную струк­туру изученных участков молекулы нейраминидазы и не из­менила их функцию. Накопившиеся мутации носили нейтраль­ный характер'.

Таким образом, нейтральные мутации разделяются на два типа. Мутации первого типа фиксируются в геноме, но не влия­ют на аминокислотную последовательность молекулы белка, а второго —изменяют нуклеотидную последовательность и последовательность аминокислотных остатков в молекуле бел­ка, но не нарушают его функцию. Как следует из приведенных примеров, оба типа нейтральных мутаций встречаются у ви­русов. Молекулярная эволюция вирусов идет по пути преиму­щественного накопления этих мутаций. В результате вирус­ный геном становится готовым к взрыву, скачку, резкому пре­образованию. Это создает возможность для появления новых форм или приводит вирус к гибели.

Биологический смысл нейтралистской теории заключает­ся в том, что в основе эволюционных изменений на молеку­лярном уровне, т. е. перестройки самого генетического материала, лежат не воздействия внешней среды, а неза­висимые от них внутренние генетические процессы. Измене­ние ДНК и PHK в основном происходит путем фиксации нейтральных и почти нейтральных мутаций, накопление которых не контролируется отбором и осуществляется без его вмешательства. Скорость закрепления этих мутаций определяется главным образом частотой мутирования. Син­тетическая теория эволюции поддерживает противополож­ное мнение о том, что фиксированные мутационные измене­ния адаптивны и обусловлены положительным дарвинов­ским отбором. Преимущественно закрепляются мутации, имеющие фенотипическое проявление и дающие положи­тельный эффект. Факт накопления нейтральных и почти нейтральных мутаций подтвержден обширным фактическим материалом, полученным при сравнительном изучении пер­вичной структуры генома и белков различных организмов. Данные о вирусах также свидетельствуют в пользу нейтра­листской теории.

Нейтральные и почти нейтральные мутации аккумули­руются в геноме и белках, но до поры существенно не влия-. ют на выживаемость и воспроизведение вида. При изменении условий среды положение может измениться, мутации, кото­рые были нейтральными, становятся селективно ценными и превращаются в исходный материал для адаптивной эво­люции. Этот материал предсуществует в геноме и увеличи­вает тем самым эволюционный потенциал организмов. По- видимому, такой резерв активно используется в периоды повышения эволюционной активности, во время которых,

согласно концепции прерывистого равновесия, происходит видообразование.

Эволюционное значение нейтральных и почти нейтраль­ных мутаций заключается также в том, что они создают возможность для осуществления резких эволюционных сдви­гов. к такому сдвигу может привести даже одна «удачная» мутация, которая происходит в геноме, насыщенном молча­щими и не проявляющими себя мутациями, и создающая за счет этого новую комбинацию генетических факторов. Образуется ген с новыми свойствами. Резко изменяется фе­нотип. Процесс носит характер фазового перехода и проис­ходит скачком, сальтационно. Возможен как положительный, так и отрицательный эффект. На последнем мы остановим­ся ниже при обсуждении проблемы массовых вымираний. Как накопление нейтральных и почти нейтральных мутаций, так и переход этого материала в новое качество осущест­вляются без участия отбора. Поэтому появившиеся призна­ки могут не иметь адаптивного значения. Примером таких, приобретений является большинство случаев полиморфизма белков, широко распространенного у высших эукариотов. Пре­обладающая часть полиморфных аллелей, имеющихся у ка­кого-либо вида, поддерживается за счет мутационного процес­са и случайной элиминации.

Особенность рассмотренного эволюционного пути заключа­ется в том, что отбор не создает новых форм. Он производит лишь их апробацию и браковку. Новые формы, прошедшие эту проверку, далее «дошлифовьгваются» отбором. В противопо­ложность этому синтетическая теория эволюции отводит от­бору ведущую роль в формообразовательных процессах. Сле­дует отметить, что указанные эволюционные пути не исклю­чают, а дополняют друг друга, обеспечивая эволюционное развитие биосферы.

Анализ изменчивости природных популяций вирусов и рас­смотрение движения заболеваемости показывают, что одним из способов эволюции вирусов является внезапное скачкооб­разное формообразование. За последние 2Qлет обнаружены вирусы, вызывающие новые болезни человека и животных. Это этиологические агенты СПИД ВИЧ-1 и ВИЧ-2, вирусы имму­нодефицита обезьян, кошек и крупного рогатого скота, вызы­вающие иммунодефицитные состояния у своих «хозяев»; энте­ровирус 70,служащий причиной геморрагического кератоконъ­юнктивита человека; парвовирус, вызывающий миокардит и диарею у щенков; этиологический агент У-клеточного лейкоза человека и тропического спастического парапареза; вирус T- клеточного лейкоза человека типа 1; энтеритные вирусы чело­века (рота-, кальци-, астровирусы, Норфолк-подобные агенты и т. д.). В большинстве случаев речь идет не о появлении но­

вых вирусов, а о распознавании оставшихся неизвестными агентов и вызываемых ими заболеваний. Наряду с этим из­вестны примеры образования новых форм. Наиболее досто­верными из них являются возникновение ВИЧ-1, парвовируса миокардита и диареи щенков и энтеровируса 70.Эти вирусы появились внезапно и быстро распространились среди неим­мунных «хозяев». Их нашествие привело к эпидемиям неиз­вестных ранее болезней. Оценивая размер произошедших эво­люционных сдвигов, следует отметить, что в каждом случае дело ограничилось пополнением уже известных родов и се­мейств (родов Parvovirusи Enterovirus,семейства Retroviri- dae)новыми представителями. Образовались новые виды.

Внезапное скачкообразное появление измененных штаммов уже известных вирусов происходит более часто и является ха­рактерной особенностью внутривидовой микроэволюции PHK- геномпых вирусов. Такие штаммы играют большую роль в эпидемиологии и эпизоотологии гриппа, ящура и многих дру­гих инфекций. Новый штамм вируса гриппа А птиц, например, преодолел межвидовой барьер и вызвал в 1979—1980 гг. на Атлантическом побережье США опустошительную эпизоотию гриппа среди тюленей. Это первый и пока единственный из­вестный случай прямого перехода достаточно специализиро­ванного вируса гриппа А птиц к млекопитающим. Возможно, что рассмотренные эволюционные явления в ряде случаев обусловлены мутациями, которые «падают на подготовленную почву», т. е. возникают в геноме, насыщенном нейтральными мутациями и готовом к перестройке.

Помимо эволюционной роли, нейтральные мутации выпол­няют у РНК-геномных вирусов еще одну чрезвычайно свое­образную функцию. Это защита от форсированной эволюции. Благодаря высокой мутабельности генетического материала молекулярная эволюция РНК-геномных вирусов идет чрезвы­чайно быстро. Обобщая данные о вирусах гриппа А, В и С, ящура, реовирусах, ВИЧ и др., можно сказать, что скорость молекулярной эволюции вирусного генома составляет 2 X XlO^-2—5?^ιlО^-5 замен на участок в год. Показатели колеб­лются от вируса к вирусу и от гена к гену. Важные в функ­циональном отношении белки и кодирующие их участки гено­ма изменяются медленнее, чем менее важные. Например, при сравнении матричного белка изолятов вируса гриппа A (H3N2) 1972 и 1979 гг. обнаружены всего две аминокислотные заме­ны. Матричный белок несет значительную функциональную нагрузку: образует домен на внутренней поверхности цито­плазматической мембраны, где происходит объединение сег­ментов генома при сборке вирионов, специфически распознает вирусные гликопротеиды и обеспечивает формирование и ста­бильность оболочки под липидным бислоем вириона. По-види­

мому, в аминокислотной последовательности молекулы мат­ричного белка фиксировались лишь те замены, которые не нарушали его функцию. В противоположность этому в моле­куле легкой цепи гемагглютинина вируса гриппа A (H3N2) ежегодно заменялось 0,24—0,57%, а в тяжелой — 0,2—0,91% аминокислотных остатков. Остается неясным, протекает ли молекулярная эволюция РНК-геномных вирусов равномерно во времени. Данные об этом противоречивы. В пользу посто­янной скорости эволюции свидетельствует тот факт, что неко­торые работы, в которых утверждалось противное, были вы­полнены на небольшом материале и их результаты в даль­нейшем не подтвердились. В частности, изменилось представ­ление о течении молекулярной эволюции вируса гриппа В. Исследуя представительную группу штаммов, М. Yamashita и соавт. (1988) показали, что она идет постоянно во времени. В целом можно сказать, что у РНК-геномных вирусов суще­ствуют молекулярные часы эволюции и эти часы движутся да несколько порядков быстрее, чем у ДНК-геномных вирусов.

Наиболее известной причиной вымирания организмов яв­ляется неспособность'приспособляться к изменяющимся абио­тическим и биотическим условиям среды силами своего гено­фонда. Быстрая молекулярная эволюция РНК-геномных ви­русов позволяет назвать еще одну возможную, теперь уже внутреннюю причину вымирания — разрушение сложившейся генетической структуры под влиянием избытка мутаций. Ней­тральный характер молекулярной эволюции замедляет этот процесс. Как генетический материал, так продукты генов бел­ки обладают значительной буферностью и принимают на себя поток мутаций. Нейтральные мутации накапливаются в моле­кулах PHK и белков, но не вызывают отрицательного эффек­та. Высокая скорость мутационных замещений в генах совме­щается с сохранением жизненно важных функций. Создается защита от форсированной эволюции. Возникает вопрос, как долго установившийся барьер может выдерживать давление мутаций. При обсуждении этого .вопроса следует обратиться к проблеме массовых вымираний как к общебиологическому явлению.

Постоянно повторяющимся эпизодом жизни на Земле яв­ляются массовые вымирания видов и более высоких таксоно­мических групп организмов. В мезозое эти события происхо­дили с периодичностью 26 мдн лет, а в кайнозое — 35—40 млн лет. Массовые вымирания не носят всеобщего характера. Их избирательной жертвой . становятся определенные таксоны. Причины массовых вымираний недостаточно ясны. Многочис­ленные гипотезы, связывающие массовые вымирания с внеш­ними причинами (мировые катастрофы, вызванные падением астероидов, вспышками сверхновых звезд, прохождением He-

мезиды и т. д.)> пригодны для частных случаев, но не объяст няют всего явления в целом. По мнению М. В. Волькенштейна и Т. С. Расса (1987), массовые вымирания зависят не только от изменения внешних биотических и абиотических факторов, но и от внутренних причин. Виды могут вымирать в результа­те накопления нейтральных мутаций, которые становятся вред­ными при своем сочетании. Механизм вымирания связан так­же с псевдонейтральными мутациями, оказывающими лишь незначительное отрицательное воздействие. Накопление ней­тральных мутаций может нарушить состояние компенсации псевдонейтральных мутаций и привести к ухудшению приспо­собленности и гибели вида. Вымирание в целом есть автока­талитический процесс. «Видиоисчезновение» наступает вне­запно и носит характер фазового перехода. Следует добавить, что события могут получить и другое направление. В этом случае перестройка генома дает положительный эффект. Со­здаются предпосылки для дальнейшего эволюционного разви­тия. В эволюционной истории биосферы одни виды погибали, не оставив потомства, а другие давали ветви последующей эволюции.

Эта гипотеза применима к РНК-геномным вирусам с их высокой скоростью молекулярной эволюции. Можно предпо­ложить, что внутренние причины, которые снижают жизнеспо­собность вируса и создают предпосылки для его исчезновения, определяются прогрессирующим накоплением нейтральных и псевдонейтральных мутаций. Первоначально последние прино­сят лишь незначительный вред. Однако в дальнейшем изме­нения умножаются. Возможность компенсации мутаций умень­шается. Этот процесс неотвратим, как и старение. В результа­те вырожденности генетического кода и вырожденности кор­реляции между первичной и пространственной структурой бел­ка изменения накапливаются подспудно. Затем ,следует фазо­вый переход, в своей основе имеющий резкую перестройку генома и внезапное изменение пространственной структуры молекул белка. Наступают функциональные нарушения. Жиз­неспособность вируса снижается. Создаются предпосылки для его исчезновения.

Одряхление, старость и смерть — это удел всего живого. К такому итогу приходят не только индивидуальный организм, но и сообщества. У высших эукариотов, размножающихся по­ловым путем, единицей вымирания является вид. Видовое со­общество обладает объединенным генофондом, который цели­ком вовлекается в процесс молекулярной эволюции, создаю­щей предпосылки для вымирания. Все особи, составляющие вид, разделяют общую судьбу и теряют жизненные потенции. Популяция и вид у РНК-геномных вирусов имеют иное гене­тическое строение. Они представляют собой совокупность ОТ­

дельных клонов, которые в последовательном ряду поколений образуют обособленные чистые линии. Генетический обмен между ними не происходит совсем или же он очень слаб. За счет случайных процессов молекулярная эволюция составляю­щих популяцию линий носит индивидуальный характер. В од­них случаях эволюция протекает благоприятно и перестройка генома не препятствует продолжению рода и дальнейшему существованию линии, а в других—снижает жизнеспособ­ность вируса. Такие линии становятся жертвами вымирания.

Выражением этих процессов при естественном круговоро­те вирусов служат внезапное прекращение эпидемий и исчез­новение циркулирующих штаммов. Резкий спад эпидемических вспышек и быстрое сокращение заболеваемости, которые про­исходят, несмотря на наличие восприимчивого населения, от­мечаются при гриппе на протяжении эры господства того или иного шифтового варианта вируса гриппа А. Создается впе­чатление, что инфекция постепенно затухает при передаче от «хозяина» к «хозяину» [Kendal A. P., 1987]. Периоды преоб­ладания каждого шифтового варианта вируса гриппа А также прекращались внезапно. Если измерять события в глобальном масштабе, то можно сказать, что вирус утрачивался из цир­куляции меньше чем за год. Внезапное прекращение цирку­ляции прежде господствовавших штаммов нельзя объяснить только давлением коллективного иммунитета. По-видимому, шифтовые штаммы вируса гриппа Л и их дрейфовые варианты в ряде случаев способны пройти лишь ограниченное число генераций, не могут бесконечно передаваться от «хозяина» к «хозяину» и заходят в конце концов в эволюционный тупик. Возможность снижения жизнеспособности и гибели вируса определяется тем, что штаммы, вызывающие эпидемии и пан­демии, происходят от селективно ценных мутантов или реас- сортантов и генеалогически представляют собой чистые линии. Молекулярная эволюция многих из них проходит неблагопри­ятно и накладывает ограничения на продолжительность суще­ствования вируса. ...

Остается неясным, распространяется ли процесс вымира­ния, которому, вероятно, подвержены отдельные штаммы, на популяции ,в целом и вид. Нельзя исключить, что время суще­ствования известных на сегодня РНК-геномных вирусов в их современной форме ограничено. По-видимому, перед ними от­крываются два пути — погибнуть или измениться. Некоторые РНК-геномные вирусы с высокой скоростью эволюции могут стать жертвами вымирания. Вместе с тем нельзя не учитывать, что высокая скорость эволюции PHK сочетается с сохранени­ем жизненно важных функций, обеспечивающих генетический гомеостаз. Помимо способности к быстрой эволюции, для РНК- геномных вирусов характерен глубокий эволюционный застой,

который выражается в значительном консерватизме наслед­ственности и длительном сохранении фундаментальных свойств и основных биологических характеристик возбудителя [Ци- линский я. Я., 1988]. Судя по письменным памятникам исто­рии, желтая лихордка поражала человека не менее чем 190 лет, крымская геморрагическая лихордка не менее чем 600 лет и бешенство 2000 лет назад. Этиологические агенты этих ин­фекций пронесли свои определяющие видовые свойства, вы­ражающиеся в способности вызывать характерное заболева­ние, через века. Ориентировочно эта эволюционная дистанция для вируса желтой лихорадки соответствует величине порядка 130 000, а для вирусов крымской геморрагической лихорадки и бешенства — соответственно 350 000 и 145 000 поколений. Эта дистанция по числу поколений превышает расстояние, ко­торое отделяет современного человека от его обезьяноподоб­ного предка. У РНК-геномных вирусов отмечаются длитель­ная консервация и сохранение определенных генных модулей,, имеющих древнее происхождение. Наличие таких модулей, представляющих собой системы репликации однонитевой PHK с положительной полярностью, объединяет в единые группы пикорна- и Синдбис-подобных вирусов далеко разошедшиеся в своей эволюции вирусы животных и растений. Эти вирусы прошли длительный эволюционный путь от общих предков, но сохранили функционально важный участок генома. Все это указывает на то, что массовые вымирания РНК-геномных ви­русов, если они и имеют место, избирательны. Аналогичный порядок наблюдается при вымирании видов у высших орга­низмов.

Происхождение пандемических .вариантов вируса гриппа А. Центральным и до сих пор нерешен­ным вопросом учения о гриппе является вопрос об источниках происхождения пандемических вариантов вируса гриппа А, циркулирующих в человеческой популяции, или, иначе, воп­рос о механизме' антигенного сдвига. В. М. Жданов придер­живался экологической концепции и чрезвычайно много сде­лал для ее развития. Согласно данной концепции, возникно­вение пандемических вариантов обусловлено включением в геном вируса гриппа А человека генов вируса гриппа жи­вотных.

Эта гипотеза была высказана около 20 лет назад и быстро завоевала большую популярность среди различных специали­стов, занимающихся изучением вируса гриппа и гриппозной инфекции — вирусологов, молекулярных биологов, биологов, медиков и ветеринаров. Казалось, что вопрос о происхождении пандемических вариантов вируса гриппа А принципиально ре­шился. Штаммы, вызывающие пандемии, возникают в резуль­тате перераспределения фрагментов генома между вирусами

гриппа человека и животных, эти вирусы относятся к одному виду и образуют единый генный пул. Однако шло время, а решающие доказательства в пользу экологической концепции получены не были. Мало того, эта концепция стала испыты­вать трудности в связи с накоплением фактов о Специализа­ции вируса гриппа А к своим «хозяевам», о проблематичности преодоления видового барьера, об образовании дисгармонич­ных сочетаний генов при их перераспределении, о низкой жиз­неспособности реассортантов вирусов гриппа человека и жи­вотных и т. д. В результате пересортировки фрагментов ге­нома между вирусами гриппа человека и животных в услови­ях лаборатории были получены реассортанты, которые имеют антигенные формулы, соответствующие таковым известных пандемических вариантов. Это, однако, не подкрепило эколо­гическую концепцию. Реассортанты представляли собой лишь антигенные, а не биологические аналоги пандемических вари­антов. Пересортировка фрагментов генома нарушала видоспе­цифическую вирулентность вируса и лишала его потенции к передаче и эпидемическому распространению в популяции. Экологическая концепция не смогла объяснить причины по­следнего антигенного сдвига, имевшего место в 1977 г. и вы­разившегося во внезапном возвращении в циркуляцию вируса гриппа A (HlNl).Происхождение этого вируса не было свя­зано с перераспределением- генетического материала между вирусами гриппа китов, свиней и птиц. Штаммы 1977 г. ока­зались аналогичны штаммам вируса гриппа A (HlNl),цирку­лировавшим в человеческой популяции в 1950—1952 гг. При­веденные факты указывают ,на прямую преемственность штам­мов и длительное сохранение вируса, обеспечившее возмож­ность его возвращения в циркуляцию.

Все это повысило интерес к альтернативному мнению, со­гласно которому грипп А человека является антропонозной инфекцией, которая вызывается штаммами, связанными иск­лючительно с человеческой популяцией. Переход генов из «животных резервуаров», даже если это возможно, не имеет отношения к антигенному сдвигу. Последний возникает в ре­зультате возвращения в циркуляцию штаммов, длительно со­храняющихся в человеческой популяции. Как ученый широко­го профиля и энциклопедически образованный человек В. М. Жданов не замыкался в рамках тех взглядов, которым отдавал предпочтение, а стремился охватить всю проблему в целом. Это относилось и к учению о гриппе. В. М. Жданов был сторонником плюрализма мнений и полагал, что такая идеология обеспечивает прогресс науки. В этой связи интерес­но остановиться на положениях антропонозной гипотезы про­исхождения пандемических вариантов гриппа А человека и на ее развитии.

Современные взгляды на гриппозную инфекцию как на антропоноз обоснованы в работе R. Е. Hope-Simpson и D. В. Go­lubev (1987), выдвинувших новую концепцию эпидемического процесса при гриппе А. Авторы обращают внимание на то, что число шифтовых вариантов вируса, которые вызывают гриппа А у человека, не три (HlNl 1946—1957 гг. и после 1977 r.; H2N2 1957—1968 гг. и H3N2после 1968 г.), а четыре. Четвертым вариантом является вирус гриппа A (HONl),по­явившийся в 1929 г. и циркулировавший до 1946 г. Опираясь на серологические данные, можно говорить также о пятом шифтовом варианте гриппа A (H_swINl),циркулировавшем в 1918—1929 гг. и перешедшем в ,популяцию свиней, где он со­хранился до настоящего времени. Объединение вирусов грип­па A (H_swINl), (HONl)и (HlNl)в один подтип принципи­ально неверно. Эти вирусы вызывают неполный перекрестный иммунитет.

Появление каждого из них носило характер антиген­ного сдвига. В случае смены вируса гриппа A (HONl)на (HlNl)этот сдвиг произошел не в результате пересортировки фрагментов генома. Документировано, что причиной возник­новения вируса гриппа A (HlNl)послужила значительная му­тация в гене для гемагглютинина вируса гриппа A (HONl). Ограниченность числа пандемических вариантов вируса грип­па А человека не находит объяснения с позиций экологической концепции. По смыслу концепции, свободная пересортировка фрагментов генома между вирусами гриппа человека, живот­ных и птиц могла бы привести к образованию десятков и со­тен реассортантов, не испытывающих иммунного давления со стороны «хозяина»-человека и распространяющихся в попу­ляции.

Экологическая • концепция возникновения пандемических вариантов вируса гриппа А не объясняет не только ограни­ченность их числа, но и рецикличность появления в человече­ской популяции. Порядок смены вариантов прослежен на про­тяжении IOO лет. Серологические исследования сывороток крови пожилых людей показали, что вариант H2N2,по-види­мому, циркулировал в последней четверти XIX в. На смену ему пришел вариант H3N2,доминировавший ,предположитель­но в 1900—1918 гг. Приблизительно в 1907 г. к варианту H3N2 (так же как и в наше время) присоединился вариант HlNl. Последующая очередность смены штаммов рассматривалась выше.

R. Е. Hope-Simpson, D. В. Golubev (1987) останавливают­ся на рецикличности шифтовых вариантов вируса гриппа А человека и ограниченности их числа не для того, чтобы под­черкнуть слабость экологической гипотезы. Эти факты ис­пользуются для обоснования предложенной ими концепции.

Авторы рассматривают эпидемиологические данные, согласно которым развитие вспышек и движение заболеваемости при гриппе нельзя объяснить только непрерывной и последова­тельной передачей вируса от больного к больному, как это происходит при кори. Многочисленные попытки построить ма­тематические модели эпидемий гриппа, основанные на этом принципе, закончились безрезультатно. Движение заболевае­мости при гриппе в ряде случаев напоминает модель, при ко­торой инфекция возникает во многих первоначальных фоку­сах и затем затухает при передаче от «хозяина» к «хозяину». Это подтверждается эпидемиологическими наблюдениями об одновременном возникновении случаев гриппа на больших территориях и в разобщенных регионах. Характер таких эпи­демий в свое время создавал иллюзию заноса вируса гриппа из космоса.

Авторы предполагают, что вирус гриппа А не способен бес­конечно долго передаваться от человека к человеку и сохра­няется в межэпидемический период не ,в организме животных и птиц, а в организме человека в форме латентной или перси­стентной инфекции. Через многие месяцы и даже годы под влиянием факторов внешней среды и при изменении состояния организма «хозяина» вирус реактивируется у скрытых носи­телей и распространяется в человеческой популяции. Внешние факторы действуют на всю популяцию «хозяев». Поэтому ви­рус выделяется от массы носителей и эпидемия начинается из многих первоначальных фокусов. За счет этого механизма новые порции вируса включаются в циркуляцию в процессе развития эпидемии. Реактивированный вирус встречается с иммунной защитой «хозяина», в результате чего происходит антигенный дрейф.

Интересно отметить, что эпизоотический процесс при грип­пе у домашних животных может носить подобный характер. В 50-х годах в США отмечалось одновременное возникновение вспышек гриппа А у свиней на разобщенных территориально фермах. Предполагалось, что вирус персистировал у живот­ных и активировался под влиянием метеорологических фак­торов.

Периодическая активация вируса у скрытых носителей и его распространение в человеческой популяции приводят как к развитию эпидемий, которые с интервалом в 1—2 года сле­дуют друг за другом в период преобладания того или иного шифтового варианта, так и к антигенному сдвигу и возник­новению пандемий. Все 5 шифтовых вариантов вируса грип­па А человека сохраняются в популяции и периодически ре­активируются. Особенно длительный латентный период имела пандемия вируса гриппа A (H3N2^),который сохранялся в человеческой популяции с начала XX в. и не давал эпидемиче­

ских проявлений до 1988 г. Отдельные вирусологические и се­рологические находки указывают на возможность продолжи­тельной консервации архаичных вариантов.

Важную роль в обосновании концепции, предложенной R. E .Hope-Simpson и D. В. Golubev (1987), играют данные, полученные в межэпидемический период. В периоды между эпидемиями на фоне прекращения циркуляции возбудителя обычно регистрируются отдельные случай гриппа, имеющие вирусологическое подтверждение. Их возникновение можно истолковать как результат активации вируса у носителей и его последующего ограниченного распространения.

Слабым местом антропонозной концепции о гриппе А че­ловека в прошлом было отсутствие доказательств длительного вирусоносительства. В настоящее время положение измени­лось. Как справедливо отмечают R. Е. Hope-Simpson, D. В. Go­lubev (1987), возможность латентной и персистентной инфек­ции человека вирусом гриппа А не вызывает сомнений, хотя формы носительства требуют изучения. По-видимому, важную роль в становлении носительства играет действие дефектного вируса. Значительный позитивный вклад в проблему вносят данные о персистентной инфекции вируса гриппа А в культу­рах клеток. Этот факт не является прямым доказательством в пользу персистенции вируса в организме и его сохранения в популяции «хозяев» за счет указанного механизма. Тем не менее данные, полученные на уровне культур клеток, указы­вают на такую возможность.

Обсуждая причины и периодичность реактивации вируса гриппа А в организме человека, следует отметить цикличность природных явлений. Это общебиологическая закономерность. Повторяемость и цикличность процессов жизнедеятельности выражаются в многолетних колебаниях численности живот­ных, обратимых перестройках видовых структур биоценозов, пульсации очагов зоонозных инфекций, изменении свойств воз­будителя, повышении его вирулентности и т. д. Циклы приро­ды обусловлены влиянием факторов внешней среды, которые действуют и на человека. Среди этих факторов важное место занимает солнечная энергия. На значение потока энергии Солнца указывал крупнейший ученый А. Л. Чижевский (1976). В своей книге «Земное эхо солнечных бурь», вышедшей в свет в 1937 г., он отмечал, что солнечная активность является ре­гулятором эпидемических процессов в масштабе планеты. Ана­лизируя материалы о возникновении и течении гриппозных эпидемий почти за 500 лет, А. Л. Чижевский (1976) приходит к выводу, что период повторяемости эпидемий гриппа (име­ются в виду пандемии) в среднем равен 11,3 года. Отклоне­ние начальных лет эпидемии от максимума солнечной дея-