Рассмотрение с антропоцентрических позиций инфекционных и эпидемических процессов, в которых участвует ВИЧ, заводит в тупик исследования ВИЧ/СПИД-пандемии, так лишает их привычной логики. Например, в соответствии с антропоцентрическим стереотипом восприятия реакций иммунной системы на возбудитель инфекционной болезни, она должна элиминировать ВИЧ из организма человека, однако этого не происходит. Наоборот, иммунная система человека способствует распространению ВИЧ среди людей и эволюции вируса в направлении создания более опасных его вариантов. В соответствии с логикой антропоцентризма, такого не может быть в принципе, зачем же вирусу убивать своего хозяина, достигшего «вершины эволюции»? Но таким же образом действуют и антиретровирусные системы человека (см. сообщение I). Значит, в этих процессах присутствует другая логика — не учитывающая существование нашего вида в природе, или, вернее, не только нашего вида. Но какая? Для поиска ответа на этот вопрос заглянем в геном современного вида Homo sapiens .

Ретрэлементы генома человека. Результаты расшифровки генома человека показали, что почти на половину (42 %) он состоит из различных ретроэлементов и только 1 % составляют экзоны генов [1, 2]. Ретроэлементы генома человека, так же как и ВИЧ, кодируют обратную транскриптазу и перемещаются по геному через образование РНК-транскрипта. Образовавшийся транскрипт транскрибируется «обратно» в ДНК-транскрипт и встраивается в хромосому клетки. При их перемещении по геному соблюдается принцип — «копировался и вставился» («copy and paste»). Большинство ретроэлементов не активны, однако некоторые из них остались способными к ретротранспозиции. До 8 % ретроэлементов составляют эндогенные ретровирусы (ERV), их в геноме человека не менее 98 тыс. [3]. ERV проникли в зародышевую линию примитивных приматов как инфекционные ретровирусы и представляют собой «следы» прошлых ретровирусных эпизоотий среди наших эволюционных предков [4]. Из этих данных следует, что структуры, подобные ВИЧ, обобщенно называемые эндогенными ретроэлементами, и есть геном человека.

Ретровирусы создают иммунную систему. Прародителем V-генов суперсемейства иммуноглобулинов (вариабельные области L- и H-цепей иммуноглобулинов — от их взаимодействия между собой зависит специфичность иммуноглобулинов как антител) был ген белка Thy-1. Он существует уже не менее 2 млрд лет и у первых многоклеточных выступал как один из поверхностных молекулярных факторов специфической межклеточной адгезии [5]. Формирование специфичных иммуноглобулинов у позвоночных животных стало возможным после внедрения ретровируса в единый V-ген их предков около 450 млн лет назад. Это событие привело к расщеплению V-гена на собственно V-ген и D- и J-сегменты. Интродуцировавшиеся в геном позвоночных ретровирусные гены рекомбиназ RAG-1 и RAG-2 резко ускорили процесс реорганизации V-, D-, J-генных сегментов. Рекомбиназы являются ключевыми участниками V(D)J-рекомбинации (RAG-1 в условиях in vitro способна функционировать еще и как транспозаза)! Случайность объединения V-, D-, J-генных сегментов определила множественность синтезируемых V-доменов и возможность дальнейшей эволюции специфического иммунитета [6].

Ретровирусная активность лежит в основе создания и функционирования «антиретровирусных систем». Остатки ретровирусов с повторяющимися элементами в сумме составляют до 19 % полного локуса APOBEC3 человека . Наиболее интенсивно они представлены в регионах, фланкирующих APOBEC3G и APOBEC3H [7].

Из этих данных становится понятно, почему ни иммунная система человека, ни его «антиретровирусные системы», не направлены против отдельных ретровирусов — видимо тех, представители семейств которых учувствовали в эволюции этих систем.

Следы прошлых ретровирусных катастроф. Эволюционный механизм реализуется после массовых ретровирусных эпизоотий, заканчивающихся эндогенизацией ретровирусов в геноме выживших видов. В результате их эндогенизации происходят следующие процессы: 1) геном вида-хозяина наращивается путем образования новых собственных копий ретроэлементов; 2) происходит усложнение генома благодаря образованию новых экзонов из интронов и/или увеличению количества генов, подвергающихся альтернативному сплайсингу [2, 8].

ВИЧ — не первый экзогенный ретровирус, с которым с сталкиваются приматы в процессе своей эволюции. По крайней мере 31 семейство эндогенных ретровирусов человека (HERV) являются потомками независимых актов инфекции экзогенными ретровирусами, произошедших с отдаленными эволюционными предками человека за период 30–6 млн лет [9].

Но уже более 5 млн лет в эволюции шимпанзе и людей участвуют разные эндогенные вирусы и с разными сценариями активности [2]. У крупных травоядных обезьян за весь период сравнения (5 млн лет) не было выявлено никаких признаков увеличения объема мозга, тогда как у гоминоидов обеих ветвей Homo (ergaster и babilis) и Parantbropus (boisei) такие изменения произошли [10]. Можно утверждать, что ретровирусы были одним из факторов эволюции, приведших к появлению различных видов людей (мыслящих приматов) в период времени от 5 до 1 млн. лет назад.

«Возвращения» ретровирусов. Высокая скорость эволюции экзогенных ретровирусов и относительно медленная скорость эволюции геномной провирусной ДНК (примерно в 10⁴ раз медленнее), должны проявляться серьезными различиями в нуклеотидном составе экзогенных и эндогенных ретровирусов [11]. Однако для некоторых их семейств такие различия показать не удалось, что свидетельствует в пользу двух гипотез: 1) относительно «недавнего» появления инфекционных (экзогенных) ретровирусов из их эндогенных двойников; 2) возможности многократного проникновения экзогенных ретровирусов в популяции позвоночных из каких-то неизвестных природных резервуаров, способных поддерживать экзогенные ретровирусы миллионы лет.

Первая гипотеза имеет много сторонников, опирающихся на сравнительные данные по возрастным отличиям отдельных белков экзогенных и эндогенных ретровирусов. Вторая выдвинута мной из-за того, что не все данные по эволюционной истории ретровирусов можно объяснить в рамках первой гипотезы. Например, семейство HERV-K(HML-2) впервые интегрировалось с геномом приматов около 30 млн лет назад. Отдельные провирусы, сохранившиеся с первого «пришествия» семейства в геном приматов, у человека сегодня напоминают о себе вирусоподобными частицами, продуцируемыми клетками злокачественной опухоли — тератокарциномы . Семейство реинфицировало зародышевую линию человека 100 тыс. лет назад (HERV-K113) уже в качестве экзогенных ретровирусов [12]. Следовательно, на протяжении почти 30 млн лет семейство поддерживалось в каком-то природном резервуаре как семейство экзогенных ретровирусов.

Природная очаговость экзогенных ретровирусов. Эндемичность возбудителей отдельных ретровирусных инфекций уже установлена. Например, возбудитель Т-клеточного лейкоза, ретровирус HTLV -1 (по ряду свойств он мало отличается от ВИЧ), эндемичен для юго-западных районов Японии, особенно префектур Кюсю и Сикоку; а также для стран Карибского бассейна [13]. Исследования сывороток сотен африканских зеленых обезьян , выполненные в 1990-х гг. показали, что от 40 до 50 % их популяций, обитающих в различных регионах Центральной Африки, инфицировано SIVagm. Сероэпидемические исследования африканских зеленых обезьян, завезенных на Карибские острова в XVII и XVIII веках, не выявили ни одного случая их инфицированности SIV, т. е. этот вирус не циркулировал среди приматов Центральной Африки, по крайней мере, еще два столетия назад [14]. Львы, обитающие в национальном парке Серенгети (Танзания), на 100% FIV-серопозитивны, и среди них уже выявляются особи с иммунодефицитом и энцефалопатиями. Но львы в котловине Этош (Намибия) почти все серонегативны [15, 16].

Интересно то, что ВИЧ и вирусы иммунодефицита животных (обезьян, кошачьих и КРС) появились почти одновременно, приблизительно в первой трети — первой половине ХХ столетия. Первоначально они были локализованы в строго определенных географических регионах. К тому же ретровирусы могут распространяться жалящими насекомыми (слепни, комары, мухи-жигалки и др.), как, например, вирус, возбудитель инфекционной анемии лошадей [17]. Данное обстоятельство показывает возможность поддержания на отдельных территориях экзогенных ретровирусов, вызывающих инфекции у людей, в сложных экосистемах, включающих как их первичные, так и вторичные природные очаги.

Природная очаговость эндогенных ретровирусов. Возможно такая формулировка не совсем удачна, но эндогенные ретровирусные инфекции также как и экзогенные, могут быть локализованы территориально. У жителей Соединенного Королевства HERV-К113 и HERV-К115 были обнаружены у 4,16% и 1,0%, соответственно. У жителей Центральной Африки эти величины возросли до 21,8% и 34,1%, соответственно. В Йемене они составили 8% и 7.14%; в Папуа Новой Гвинее 0% для обоих ретровирусов [18]. Эти географические вариации показывают, что оба ретровируса относительно недавно интегрировались с геномом человека в результате какой-то ретровирусной эпидемии. Инфицирование ими людей произошло на одной территории. А вот при каких обстоятельствах, не очень понятно. Возможно, что до исхода предков современных людей из Африки. Тогда разница в инфицированности отдельных популяций обусловлена действием каких-то селективных факторов. Но возможно и то, что инфицирование людей экзогенными предками HERV-К113 и HERV-К115 произошло позже «исхода», и осуществлялось на отдельных территориях (например, в Центральной Африке) многократно. В пользу этой версии говорит отсутствие HERV-К113 и HERV-К115 у аборигенов Папуа Новой Гвинеи, заселивших эти острова несколько десятков тысяч лет назад.

* * *

Экзогенные ретровирусы, в том числе и ВИЧ, должны иметь природные резервуары за пределами позвоночных хозяев. Скорее всего, их первичными хозяевами являются почвенные простейшие, эволюционные предшественники макрофагов позвоночных. Природные очаги, включающие первичных хозяев ВИЧ, должны находиться в районах Африки южнее Сахары, там, где сейчас население наиболее ВИЧ-инфицированно и где отмечены самые ранние случаи СПИДа у людей. Эти очаги активизировались синхронно с очагами, включающими вирусы иммунодефицита кошачьих, обезьян и КРС, так как вследствие своего экологического сходства, они активизируются сходными факторами.

ВИЧ/СПИД-пандемия — более опасный процесс, чем принято думать. Она не является пандемией в том смысле, как мы привыкли понимать пандемию чумы, гриппа или холеры или другие, циклически развивающиеся эпидемические процессы. ВИЧ/СПИД-пандемия развивается нециклически и не имеет механизмов терминации. Имеющиеся данные по эндогенным ретроэлементам многоклеточных организмов, позволяют утверждать, что их активность лежит в основе образования новых генетических структур. Причем сам эволюционный процесс реализуется через клетки, которые мы относим к иммунной системе. В нашем восприятии времени мы видим только одну их функцию — защиту организма от антигенно-чужеродных веществ. Но благодаря клеткам иммунной системы происходит размножение и накопление экзогенных ретровирусов до какой-то критической массы, которая позволяет некоторым из них эндогенизироваться в зародышевой линии отдельных особей инфицированного вида, и в дальнейшем передаваться вертикально, меняя его эволюционную траекторию по механизму симпатрического видообразования . Виды, не прошедшие эндогенизацию, погибают, высвобождая экологическую нишу для эволюции других видов. ВИЧ/СПИД-пандемия среди современно вида H. sapiens — частное проявление этого процесса в эволюции таксона приматов.

 

Список использованных источников

 

•  Тарантул В. З. Геном человека. — М., 2003.

•  Bannert N., Kurth R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2004. — Vol. 101, Suppl. 2. — P. 14572–14579.

•  Paces J., Pavl?cek A., Paces V. // Nucleic Acids Res. — 2002. — Vol. 30. — P. 205–206.

•  Medstrand P., van de Lagemaat L. N., Mager D. L. // Genome Res. — 2002. — Vol. 12. — P. 1483–1495.

•  Barclay A. N. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1999. — Vol. 96. — P. 14572–14579.

•  Галактионов В. Г. Эволюционная иммунология. — М., 2005.

•  Conticello S. G., Thomas C., Petersen-Mahrt S. // Mol. Biol. Evol. — 2005. — Vol. 22, № 2. — Р . 367–377.

•  Hughes J. F., Coffin J. M. // Genetics . — 2005. — September 12.

•  Belshaw R., Dawson A. L., Woolven-Allen J. et al. // J. Virol. — 2005. — Vol. 79. — P. 12507–12514.

•  Оппенгеймер С. Изгнание из Эдема. — М., 2004.

•  Shih A., Coutavas E., Rush M.G. // Virolog. — 1991. — Vol. 182. — P. 495–502.

•  Turner G., Barbulescu M., Su Mei et al. // Cur. Biol. — 2001 — Vol. 11, № 19. — P. 1531–1535.

•  Сарнгадхаран М. Г., Маркхэм П. Д., Гало Р . Вирусы Т-клеточных лейкозов человека // В кн. Вирусология . — М ., 1989. — С . 331–382.

•  Woude S.V., Apetrei C. // Clin. Microbiol . Rev . —2006. — Vol. 19, № 4. — P. 728–762.

•  Spencer J. A., Van Dijk A. A., Horzinek M. C. et al. // J. Vet. Res. —1992. — Vol. 59. — P. 315–322.

•  Brown E. W., Yuhki N., Packer C. et. al. // J. Virol. 1994. — Vol . 68. — P . 5953–5968.

•  Бакулов И. А., Ведерников В.А., Семенихин А.Л. Эпизоотология с микробиологией. — М., 1997.

•  Moyes D. L., Martin A., Saecer S. et al . // Genomics. — 2005. — Vol. 86, № 3. — P. 337 – 341.

 

Библиографическое описание:

Супотницкий М. В. «Странности» ВИЧ/СПИД-пандемии. Сообщение II . Ретроэлементы генома современного вида человека // Энвайронментальная эпидемиология. — 2009. — Том 3, № 2. — С. 145 – 150.

 

Работа была представлена на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию филиала ФГУ «48 ЦНИИ Минобороны России — ЦВТП БЗ», состоявшейся 16.07.2009 г. в Екатеринбурге.

Супотницкий М. В. «Странности» ВИЧ/СПИД-пандемии. Сообщение II . Ретроэлементы генома современного вида человека // Актуальные проблемы биологической защиты войск и населения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию филиала ФГУ «48 ЦНИИ Минобороны России — ЦВТП БЗ». — Екатеринбург, 2009. — С. 200–203.