Содержание
Эволюция не только повлияла на то, как выглядит наша планета сегодня, она продолжает менять мир в небольших масштабах каждый день. И хотя вы не можете (обычно) увидеть, как организмы эволюционируют изо дня в день, любое мелкомасштабное эволюционное событие может оказать влияние на нас как на вид. Показательный пример: микробы, как бактерии и вирусы. Поскольку они развиваются так быстро, микробы дают представление о том, как эволюция происходит в ускоренные сроки, и дают пример того, как эволюция может влиять на здоровье человека, иногда с катастрофическими последствиями.
В то время как ученые веками изучали эволюцию микробов, исследователи недавно обнаружили новый путь эволюции, который углубляет наше понимание того, как вирусы адаптируются к окружающей среде. Читайте дальше, чтобы узнать больше о том, как эволюция формирует наши отношения с микробами, и о новых открытиях, которые добавляют новый уровень сложности к вирусной эволюции.
Обновление: роль мутаций в эволюции
В то время как биоразнообразие на Земле сегодня говорит о глубоких последствиях эволюции, эволюция происходит в микроуровне со случайными генетическими изменениями. Генетическая мутация, которая изменяет полученный белок таким образом, что способствует репродуктивному успеху организмов, например, повышает энергоэффективность или повышает устойчивость к болезням, с большей вероятностью передается из поколения в поколение. С другой стороны, генетические мутации, которые изменяют полученный белок негативным образом и снижают репродуктивный успех особей, с меньшей вероятностью будут передаваться и могут быть выведены из генофонда.
Самый простой способ увидеть эволюцию в действии сегодня - это устойчивость к противомикробным препаратам. Бактерии и вирусы относятся к числу наиболее быстро мутирующих видов, поскольку они размножаются чрезвычайно быстро (особенно по сравнению с людьми). Это означает, что они могут быстро приобретать мутации и быстро проходить поколения роста, которые усиливают полезные мутации и уменьшают вредные. Например, генетические мутации, обеспечивающие резистентность к антибиотикам, дают сильное репродуктивное преимущество бактериям, которые их имеют, поэтому разработка высокоустойчивых супербуков является такой проблемой общественного здравоохранения.
Так как это относится к вирусам?
Вирусы также используют генетические мутации для развития и поддержания способности заражать клетки-хозяева. Вирусы заражают своих хозяев, идентифицируя специфические рецепторы на мембранах клеток хозяина - рецепторы, которые позволяют им проникать в клетку. Специальные белки идентификации хозяина на вирусе прикрепляются к рецепторам хозяина, подобно замку, вставленному в ключ. Затем вирус может проникнуть в клетку (заразить хозяина) и «захватить» систему хостов, чтобы создать больше вирусов.
Вирусы следуют стандартным «правилам» эволюции, и генетические мутации могут влиять на их способность заражать хозяина. Например, генетическая мутация, которая создает более эффективные «ключи», приносит пользу вирусу. С другой стороны, генетические мутации хозяев "блокируют", могут в конечном итоге блокировать вирус. Думайте об этом как о игре в кошки-мышки: вирус предпочитает мутации, которые позволяют ему влиять на хозяев и более эффективно размножаются, тогда как хозяин предпочитает мутации, которые защищают его от вирусной инфекции.
Хотя эти основные принципы эволюции не новы, ученые только сейчас открывают как Гибкие вирусы могут быть лучшими «ключами» для заражения новых хостов.
Новое исследование, опубликованное в Наука в 2018 году обнаружили, что вирусы могут также адаптировать способ, которым их гены переводятся в белок. Вместо того, чтобы следовать общей парадигме «один ген, один белок», исследователи обнаружили, что вирусы могут адаптироваться к окружающей среде, создавая несколько разных белков из одного и того же гена. Другими словами, вирусы могут использовать один ген для создания двух совершенно разных «ключей», способных вписаться в две «блокировки» хоста.
Что означают эти результаты?
Хотя еще слишком рано понимать все последствия этой недавно открытой формы эволюции, это может помочь нам понять вторичные инфекции, которые возникают, когда заболевание, начинающееся у одного вида, может начать проявляться у другого. Поскольку SARS, Ebola и HIV начинались как вторичная передача, легко понять, почему понимание вторичных инфекций важно для общественного здравоохранения.
Конечно, это также показывает, что эволюция не происходит на генетическом уровне. И этот недавно открытый эволюционный феномен может дать нам представление о том, откуда появились некоторые инфекционные заболевания и куда движется поле.