Странности ВИЧ/СПИД-пандемии. Сообщение 2

Автор:Михаил Васильевич Супотницкий

Рассмотрение с антропоцентрических позиций инфекционных и эпидемических процессов, в которых участвует ВИЧ, заводит в тупик исследования ВИЧ/СПИД-пандемии, так как 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.

Ретроэлементы генома человека

Результаты расшифровки генома человека показали, что почти наполовину (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 «копировал и вставил» (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 участвовали 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 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 habilis) и Paranthropus (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.

Вторая гипотеза 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 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 оно поддерживалось в каком-то природном резервуаре как семейство экзогенных ретровирусов.

Природная очаговость экзогенных ретровирусов

Эндемичность возбудителей отдельных ретровирусных инфекций уже установлена. Например, ретровирус HTLV-1 эндемичен для юго-западных районов Японии, префектур Кюсю и Сикоку, а также для стран Карибского бассейна [13]. Исследования африканских зеленых обезьян, завезенных на Карибские острова в XVII и XVIII веках, не выявили случаев инфицированности SIV, то есть этот вирус не циркулировал среди приматов Центральной Африки по крайней мере еще два столетия назад [14]. Львы в национальном парке Серенгети (Танзания) почти на 100 % FIV-серопозитивны, а львы в котловине Этош (Намибия) почти все серонегативны [15, 16].

Интересно, что ВИЧ и вирусы иммунодефицита животных появились почти одновременно, приблизительно в первой трети — первой половине ХХ столетия. Первоначально они были локализованы в строго определенных географических регионах. Ретровирусы могут распространяться жалящими насекомыми (слепни, мухи-жигалки), как вирус инфекционной анемии лошадей [17].

Природная очаговость эндогенных ретровирусов

Эндогенные ретровирусные инфекции также 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 пользу версии более позднего инфицирования говорит отсутствие HERV-К113 и HERV-К115 у аборигенов Папуа — Новой Гвинеи, заселивших острова десятки 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. Природные очаги ВИЧ должны находиться в районах Африки южнее Сахары, где отмечены самые ранние случаи СПИДа. Эти очаги активизировались синхронно с очагами вирусов иммунодефицита животных, так как вследствие экологического сходства они активизируются сходными факторами.

ВИЧ/СПИД-пандемия развивается нециклически и не имеет механизмов терминации. Благодаря клеткам иммунной системы происходит накопление экзогенных ретровирусов до критической массы, позволяющей некоторым из них эндогенизироваться в зародышевой линии, меняя эволюционную траекторию вида по механизму симпатрического видообразования. ВИЧ/СПИД-пандемия среди современного вида H. sapiens — частное проявление этого процесса в эволюции приматов.

Список использованных источников

  1. Тарантул В. З. Геном человека. — М., 2003.
  2. Bannert N., Kurth R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2004. — Vol. 101, Suppl. 2. — P. 14572–14579.
  3. Paces J. et al. // Nucleic Acids Res. — 2002. — Vol. 30. — P. 205–206.
  4. Medstrand P. et al. // Genome Res. — 2002. — Vol. 12. — P. 1483–1495.
  5. Barclay A. N. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1999. — Vol. 96. — P. 14572–14579.
  6. Галактионов В. Г. Эволюционная иммунология. — М., 2005.
  7. Conticello S. G. et al. // Mol. Biol. Evol. — 2005. — Vol. 22, № 2. — Р. 367–377.
  8. Hughes J. F., Coffin J. M. // Genetics. — 2005. — September 12.
  9. Belshaw R. et al. // J. Virol. — 2005. — Vol. 79. — P. 12507–12514.
  10. Оппенгеймер С. Изгнание из Эдема. — М., 2004.
  11. Shih A. et al. // Virolog. — 1991. — Vol. 182. — P. 495–502.
  12. Turner G. et al. // Cur. Biol. — 2001 — Vol. 11, № 19. — P. 1531–1535.
  13. Сарнгадхаран М. Г. и др. Вирусы Т-клеточных лейкозов человека // Вирусология. — М., 1989.
  14. Woude S.V., Apetrei C. // Clin. Microbiol. Rev. — 2006. — Vol. 19, № 4. — P. 728–762.
  15. Spencer J. A. et al. // J. Vet. Res. — 1992. — Vol. 59. — P. 315–322.
  16. Brown E. W. et al. // J. Virol. 1994. — Vol. 68. — P. 5953–5968.
  17. Бакулов И. А. и др. Эпизоотология с микробиологией. — М., 1997.
  18. Moyes D. L. 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.