Что такое ген инфекции

Генерализованная форма заболевания – это патологическое течение процесса, охватывающее разные системы и органы. Термином обозначается ситуация наличия первичного очага с последующим охватом иных зон. Генерализованный вариант может быть при распространении на другие ткани того же органа либо при охвате организма в целом. Рассмотрим некоторые особенности такого течения болезни.

О терминологии

Генерализованная форма – это понятие, используемое не только в патологии, но и физиологии. Вне патологических процессов оно означает распространение возбуждения по ЦНС животного существа. Такое протекает в организме человека, присуще животным. Генерализованные процессы наблюдаются, если есть импульсное периферическое воздействие. Нередко они спровоцированы сильными раздражающими факторами – болью, пищей. Возможно влияние нового фактора, пока еще индифферентного для организма и требующего сориентироваться в изменившейся ситуации. В мозговых полушариях генерализация – это первый шаг формирования условного рефлекса.

В патологии генерализованной формой называют состояние, при котором первично ограниченная зона поражения распространяется и превращается в охватывающую разные части и ткани. Такое возможно при опухоли, инфицировании, некоторых иных вариантах заболевания. При генерализации появляются очаги в разных частях тела. Таким термином нельзя обозначить постепенное увеличение исходного участка, поскольку оно не приводит к формированию новых областей поражения.

На примере эпилепсии

Современной медицине известно огромное разнообразие всевозможных заболеваний, охватывающих человеческую нервную систему. Среди наиболее часто встречающихся – генерализованная форма эпилепсии. Отличительная особенность – стереотипные припадки, которые приходят время от времени. Уровень распространенности – до 10 % населения планеты. Причиной припадка обычно становится неправильный разряд в мозговых структурах, провоцирующий нарушение способности человека мыслить. Из-за такого разряда сбивается функциональность вегетативной НС, нарушаются чувствительность и способность двигаться.

Продолжительное время считалось, что генерализованная форма эпилепсии неизлечима. Современная наука признает это убеждение некорректным: разработаны высокоэффективные лекарственные средства, позволяющие облегчить состояние больного. Полное исключение приступов достижимо приблизительно у 65 % пациентов. У каждого больного наблюдается резкое снижение остроты проявлений приступов с самого начала терапевтического курса.

Особенности: можно ли добиться успеха?

Если диагностика показала генерализованную форму эпилепсии, пациенту следует настроиться на длительный терапевтический курс. Задача доктора – контролировать состояние больного и периодически осматривать его, фиксируя прогресс и регресс состояния. Медикам удалось классифицировать факторы, провоцирующие проблему со здоровьем. Эпилепсия бывает симптоматической, криптогенной, идиопатической. Первый вариант сопровождается мозговыми дефектами: опухолевыми процессами, пороками, кистой. Идиопатический тип наблюдается из-за генетического фактора при отсутствии изменений структуры мозга. Криптогенный случай – тот, когда причину установить не удается, но подобранная врачом программа позволяет облегчить состояние.

О формах

Во многом успех лечения генерализованной формы эпилепсии обусловлен своевременным началом курса, а это значит, что нужно уметь опознать и заподозрить заболевание в проявляющейся симптоматике. Основными проявлениями эпилепсии являются припадки. Их сила варьируется. Есть два варианта течения заболевания: судорожный и не являющийся таковым. Для стороннего наблюдателя генерализованная судорожная – наиболее пугающая болезнь. Приступ сопровождается напряжением мышц, остановкой дыхания, криками. Некоторые больные прикусывают язык. В среднем через четверть минуты начинается клонический этап попеременного расслабления и вновь напряжения мышц.

Бессудорожный тип генерализованного заболевания сопровождается абсансами. Чаще форма беспокоит детей, молодежь. Больной непредсказуемо замирает, смотрит в одну точку, при этом взгляд неосмысленный. Некоторые прикрывают глаза, слегка запрокидывают голову. Веки могут дрожать. Продолжительность приступа – несколько секунд, поэтому они могут быть не замечены. У многих конечный момент фазы – непроизвольное мочеиспускание. Судороги проходят сами собой, начинается этап постприступа – больного тянет в сон, сознание спутанное, болит голова.

Микобактерия: болезнь бывает сложной

Не менее важная тема для современной медицины – генерализованная форма туберкулеза. Классическое понимание этого заболевания – инфицирование легочной системы, но есть вероятность формирования очагов в непредсказуемых частях организма. Возможно поражение опорно-двигательной системы, почек, лимфатических узлов, мочеточника. Если инфицирование по своим проявлениям сходно с заражением крови, устанавливают генерализованный тип течения.

В настоящее время туберкулез принадлежит к числу особенно часто встречающихся, социально значимых и опасных заболеваний во всем мире. Из года в год новых жертв болезни – до восьми миллионов, число летальных случаев оценивается в два миллиона. Больше частота встречаемости в странах с низким уровнем жизни. Наблюдается ассоциация с заражением ВИЧ. У больных ВИЧ вероятность трансформации локальной формы туберкулеза в охватывающую весь организм намного выше.

ВИЧ и туберкулез

Как показывают исследования, все чаще выявляются случаи летального исхода среди инфицированных ВИЧ и страдающих болезнями, ассоциированными с такой инфекцией. При иммунодефиците гораздо больше опасность туберкулеза, нежели в случае прочих патологических состояний. На любом этапе может появиться активная форма. Установлено большое разнообразие особенностей морфологии, клинической картины случая – это определяется слабостью иммунной системы.

Осложняющая ВИЧ генерализованная форма туберкулеза сегодня – одна из наиболее распространенных причин летального исхода. Своевременная постановка диагноза – одна из серьезных проблем медицины. В последние годы все чаще посмертно диагностируют генерализованный тип течения с нетипичной картиной заражения, альтернативным воспалительным процессом. Не формируются гигантские, эпителиоидные клеточные структуры, а бактерии показывают повышенную стойкость к кислотам.

Инфицирование

Довольно серьезная проблема современной медицины – это генерализованная форма инфекции. Термином обозначают патологическое состояние, при котором инициировавший заболевание возбудитель проник в разные части организма. Преимущественно путь перемещения – лимфа, кровь. При инфицировании наблюдается бактериемия, то есть состояние, при котором патологические формы жизни циркулируют в кровеносной системе, не репродуцируясь. Вирусемия, характерная такой инфекции, является состоянием, при котором кровеносная система заражена вирусами, циркулирующими в жидкости. Сепсисом обозначают не просто заражение кровеносной системы бактериями, но и их размножение в этой среде. Септицемия – такая септическая форма, когда патологические формы жизни и перемещаются в крови, и производят себе подобных, но не появляется вторичной области инфицирования. Септикопиемия – это сходное с септицемией состояние, но утяжеленное формированием метастазов в виде очагов нагноения. Их область локализации – разнообразные внутренние системы и органы.

Генерализованная форма болезни может характеризоваться токсемией. Термином обозначают патологическое состояние, сопровождающееся циркуляцией в кровеносной системе эндотоксинов бактерий. Токсинемией описывают патологию, при которой кровеносная система заражена экзотоксинами бактерий, иными отравляющими веществами. Такое обычно фиксируется при ботулизме, столбняке. Если кровеносная система атакована внезапно, в кровоток поступает большое количество патологических форм жизни, отравляющих веществ, ассоциированных с ними, формируется шоковое состояние, называемое токсическим септическим либо бактериальным.

Остеоартроз: разные типы

Медицине известна генерализованная форма остеоартроза. Термином обозначают суставную болезнь, сопровождающуюся воспалительными очагами, деформацией хряща, постепенным разрушением тканей. В настоящее время патология относится к числу особенно распространенных у людей преклонного возраста проблем опорно-двигательной системы. ВОЗ причисляет нашу державу к странам, где эта болезнь в разных формах встречается едва ли не чаще, чем в остальном мире: преимущественный процент людей старше 65 лет имеет какую-либо симптоматику патологии. Артроз чаще локализован в суставах конечностей, а самые тяжелые последствия провоцирует болезнь, затронувшая крупные суставные области. Если одновременно страдают три сустава либо большее количество, диагностируется генерализованный тип. При отсутствии адекватного и своевременного лечения высока вероятность получения статуса инвалида из-за необратимого вреда здоровью.

Предположить остеоартроз можно по болезненности, хрусту, малой подвижности больного участка. Боль бывает механической и начальной, стабильной и ночной. Стартовая формируется, когда человек начинает двигаться; сохраняется около трети часа. Механическая беспокоит вечером, объясняется ухудшением амортизационных суставных качеств. Ночная чаще формируется в первую половину ночи и объясняется давлением внутри костей. Стабильная – символ синовита, спазматических явлений.

Сепсис

Иногда медикам приходиться бороться с генерализованной формой гнойно-септических заболеваний. Новорожденные от таких страдают несколько чаще, нежели взрослые лица, но опасность есть у человека любого возраста. Сепсис представляет собой системный процесс, спровоцированный местным заражением и формированием воспалительного очага. Синдром формируется как ответ на эндотоксины. Если больной не получает адекватного лечения, формируются бактеремия, недостаточность разных внутренних органов.

В медицине сепсис относится к особенно тяжелым состояниям, обусловленным внедрением в кровеносную систему и ткани инфекционного возбудителя. Причиной могут быть гноеродные формы жизни, результаты жизнедеятельности этих бактерий. Инвазия приводит к формированию воспалительного очага во всем организме.

Этиология сепсиса

Генерализованная форма гнойно-септических заболеваний новорожденных, взрослых возможна из-за стрепто-, стафилококка. Эти возбудители встречаются чаще любых других. Несколько меньше уровень распространенности кишечной палочки, пневмококка. В преимущественном проценте случаев заболевание формируется на фоне воспаления либо раны, являясь осложнением первичного состояния. Из-за тяжелой болезни, потери крови, хирургических манипуляций, плохого питания иммунная система ослабевает, а это создает условия, повышающие опасность системного воспалительного процесса. Общее инфицирование возможно, если очаг нагноения появился в ране, если развилось локальное заболевание (фурункул, флегмона), что стало причиной осложнения.

Генерализованная форма болезни может провоцироваться родами, прерыванием беременности. В этом случае бактерия проникает сквозь слизистые, покрывающие маточную полость. Есть риск гнойного повреждения мочевой или репродуктивной системы. Спровоцировать системный процесс могут очаги воспаления, локализованные в полости рта. Кишечная палочка, обитающая в кишечном тракте человека, провоцирует генерализованный процесс при перфорации органа.

Иерсиниоз

Кишечная генерализованная форма иерсиниоза инициируется энтеробактерией, чье наименование дало название болезни – иерсинией. Внутри группы есть несколько штаммов, отличающихся по опасности для человека. Течение определяется спровоцировавшей болезнь разновидностью. При генерализованной процессе больного сильно рвет, на коже появляются очаги высыпания, участки зудят, крупные суставы беспокоят сильной болью. Болезнь негативно влияет на работу печени, как следствие, урина темнеет, кожа желтеет, меняется оттенок склер глаза. Ухудшение работоспособности сердца проявляет себя болезненностью, частыми сокращениями органа, нестабильностью давления и пульса. Наблюдается поражение ЦНС: кружится и болит голова, больной вял и погружен в депрессию. Опустошение мочевого пузыря сопровождается болью, формируются гепатит, пиелонефрит, менингит, сепсис.

Менингит

Генерализованная форма менингококкового заболевания принадлежит к тяжелому варианту течения болезни. Менингококцемия – один из самых распространенных типов течения, на его долю приходится до 43% всех вариантов генерализованного развития менингита. Болезнь начинается остро, вскоре наблюдается сильный жар, сопровождающейся симптоматикой отравления организма. Появляются области кожного поражения. Лихорадка у некоторых сохраняется пару суток, у других наблюдается полторы недели. Больной вялый, его рвет, болит голова, ухудшается аппетит. Возможно нарушение скорости, частоты, ритмичности биения сердца. Среди симптомов болезни – одышка, кожная гиперестезия. Если болезнь протекает тяжело, сознание пациента спутано, от заторможен либо слишком нервный.

Генерализованные формы менингита проявляют себя специфическими высыпаниями. Сыпь неравномерно окрашена, появляется неодновременно. У некоторых видны папулы, пятна, сопровождающиеся геморрагией. По мере их исчезновения появляются пигментированные зоны. Чаще сыпь локализована сбоку живота, в нижней области, на плечах и бедренных, голенных поверхностях. Высыпания могут покрыть стопы, ягодицы. Если болезнь протекает легко, появляются папулы, розеолы, геморрагические некрупные высыпания, их отдельные участки приобретают форму звездочек. Такие вскоре проходят – на это требуется не более пары дней.

Энцефалит

Иногда эта болезнь появляется в генерализованной форме нейроинфекции. Она протекает крайне тяжело. В любом случае заражение требует наблюдения в клинике. В домашних условиях такое не лечится. Обычно клиника случая довольно специфичная, поэтому проблем с диагностикой не возникает, но возможны исключительные ситуации. Чтобы предупредить ошибку, предварительно нужно уточнить анамнез и оценить остроту течения. Одна из проблем диагностики нейроинфекции – невозможность установить напрямую контакт с нуждающимся. Большинство таких людей, даже сохраняя функции самообслуживания, не могут взаимодействовать с докторами и описывать ощущаемую симптоматику. Они не в силах отвечать на расспросы, ориентироваться во времени. Генерализованная нейроинфекция иногда сопровождается недостаточно убедительной атаксией.

Болезни: заражение и течение

При внедрении сальмонеллы есть опасность генерализованной формы сальмонеллеза. Этот вариант течения инфицирования признают наиболее тяжелым. Первое время симптоматика сходна с тифом, затем состояние пациента ухудшается непредсказуемым скачком. Страдальца сильно лихорадит, размах за сутки велик, его знобит. Наблюдение показывает повышенную активность работы потовых желез. Как и некоторые другие варианты генерализованного развития заболеваний, такое заражение сальмонеллой с трудом поддается терапии. На фоне приема антибиотиков высока вероятность появления вторичных областей поражения, в силу чего уточнение диагноза затрудняется. Нагноение обычно затрагивает опорно-двигательную систему, провоцирует тонзиллит, менингит.

Есть опасность появления генерализованной формы сибирской язвы. Болезнь протекает очень тяжело. Такая может быть первичной при проникновении возбудителя с питанием, воздухом, может сформировать на фоне локального заражения. Отличается очень тяжело протекающим общим отравлением организма, токсическим инфекционным шоком. Нарушается гемостаз, наблюдается недостаточность активности почек и органов дыхания, отекают ткани мозга. Если изначально сформировалась локальная форма, которая затем перешла в системную реакцию, состояние больного ухудшается в считанные часы, пульс учащается, превращается в нитевидный, жар поднимается до 41 градуса, давление падает. Дыхательная недостаточность прогрессирует очень резко. Возможны судороги, нарушается сознание, появляется симптоматика менингита. При развернутой клинической картине шока летальный исход наступает очень быстро.

Стоматология: термины и диагнозы

Иногда стоматологам приходится иметь дело с генерализованной формой стираемости зубов. Такое заболевание носит полиэтиологический характер, объясняется особенностями состояния челюстей, зубов. Отличительный момент – избыточно активная убыль эмали, дентина. Принято говорить о функциональной недостаточности формирующих зуб твердых элементов, избыточно активном абразивном влиянии и функциональной перегрузке. Иных причин патологического процесса пока не установлено. При генерализованной форме больной отмечает изменение, деформацию, уменьшение лица снизу, ему становится сложнее жевать пищу. Сокращается высота коронок. У многих болит голова, болезненность беспокоит вблизи языка. Возможна хроническая травма губных, языковых слизистых, внутреннего покрова щек. Наблюдается гиперестезия дентина.

Патологическая стираемость может спровоцировать неправильную артикуляцию, приводящую к постоянному появлению травм, различным воспалительным болезням – паппилитам, гингивитам, периодонтитам. Среди осложнений фиксируются случаи неправильной окклюзионной высоты.

Что такое генетические болезни? Обременительное наследство

Для начала необходимо разобраться в терминах. Начнем с того, что генетические заболевания и заболевания, к которым выявлена наследственная предрасположенность, — разные понятия.

Теперь разберемся в механизме наследования. Формируясь, зародыш получает половину хромосом от матери, а половину — от отца. Именно поэтому организм ребенка не копирует ни одного из родителей, а имеет свою индивидуальность. Передача хромосом, генов, а значит, и передача информации о наследственных заболеваниях, возможна по нескольким схемам:

К наиболее распространенным генетическим заболеваниям относятся:

• дальтонизм — около 850 случаев на 10 000;
• расщепление позвоночника — 10–20 случаев на 10 000 человек;
• синдром Клайнфельтера (эндокринные нарушения, которые могут стать причиной мужского бесплодия) — 14–20 на 10 000;
• синдром Дауна — 9–13 на 10 000;
• синдром Тернера (болезнь, которая приводит к половому инфантилизму) — около 7 на 10 000;
• фенилкетонурия (нарушение метаболизма аминокислот) — до 3,8 на 10 000;
• нейрофиброматоз (заболевание, при котором у больного возникают опухоли) — около 3 на 10 000;
• муковисцидоз — 1–5 на 10 000;
• гемофилия — до 1,5 на 10 000 [8] .

Сегодня врачи выявляют генетические заболевания с высокой точностью, так как передовые технологии позволяют буквально заглянуть внутрь гена, определить, на каком уровне произошло нарушение.

Есть несколько направлений обследований.

Диагностическое тестирование проводится, если у пациента есть симптомы или особенности внешнего развития, служащие отличительной чертой генетического заболевания. Перед направлением на диагностическое тестирование проводят всесторонний осмотр пациента. Одна из отличительных черт наследственных заболеваний — это поражение нескольких органов и систем [10] , поэтому при выделении целого ряда отклонений от нормы врач направляет пациента на молекулярно-генетическую диагностику.

Так как многие наследственные заболевания (например, синдромы Дауна, Эдвардса, Патау) связаны с нарушением количества хромосом (кариотипа), то для их подтверждения проводят кариотипирование, то есть изучение количества хромосом. Для анализа требуются клетки крови, которые в течение нескольких дней выращивают в особой среде, а затем окрашивают. Так врачи выделяют и идентифицируют каждую хромосому, определяют, нарушен ли их количественный состав [11] , отмечают особенности внешнего строения.

Для выявления мутаций конкретных генов применяется метод ПЦР — полимеразной цепной реакции. Его суть состоит в выделении ДНК и многократном воспроизводстве интересующего исследователя участка. Как отмечают специалисты, преимущество ПЦР — его высокая точность: здесь почти невозможно получить ложноположительный результат. Метод удобен еще и тем, что для исследования может быть взята любая ткань организма [12] .

Если вы знаете, что у вас в семье или в семье супруга были случаи наследственных болезней, то, конечно, захотите выяснить, какова вероятность проявления их у ваших детей. Врачи часто предлагают будущим родителям сделать пренатальную диагностику. А если пара использует вспомогательные репродуктивные технологии, то и предимплантационную генетическую диагностику плода (ПГД).

Пренатальная генетическая диагностика проводится, когда ребенок еще находится в утробе матери. Предположить наличие генетических отклонений врач может на основании анализов крови матери или по результатам УЗИ плода. Поэтому на начальном этапе беременная проходит трехмаркерный скрининг: в ее крови определяют уровень АФП, β-хорионического гонадотропина и эстриола. Если их концентрация отлична от нормы, то врач рекомендует выполнить генетическое обследование ребенка. Для этого с помощью пункции берут амниотическую жидкость и проводят кариотипирование плода. Единственный недостаток этого метода — долгий период ожидания результатов. Если последний будет негативным, то женщина просто может не успеть принять решение о прерывании беременности. Есть и альтернатива — анализ ворсин хориона. Его можно сделать на раннем сроке, но получение материала представляет угрозу для протекания беременности [14] .

В последнее время появилась еще одна возможность пренатального обследования плода — неинвазивный пренатальный ДНК-тест (НИПТ-тест). В этом случае нужна только кровь матери. Точность теста достигает 99%, причем можно сделать обследование как на самые часто встречающиеся генетические патологии, так и полное исследование плода [15] .

Рассматривая виды наследования генетических заболеваний, мы упомянули об аутономно-рецессивном способе и о наследовании, сцепленном с полом. Человек может быть здоров, но в его генотипе при этом присутствует патологический ген. Выявить это помогает анализ на носительство. Многие делают его на стадии планирования беременности, чтобы вычислить вероятность рождения ребенка с генетическими заболеваниями.

Например, такая болезнь, как гемофилия, проявляется только у мужчин, женщины не болеют, но могут быть носителями. Поэтому женщинам, у которых есть родственники с проблемами свертывания крови, перед зачатием рекомендуется сделать скрининг гетерозиготного носительства, чтобы определить вероятность рождения мальчика с гемофилией [16] .

По итогам ДНК-идентификации врач дает пациенту рекомендации: начиная от образа жизни и диеты и заканчивая профессиональными рисками. Следование им помогает избежать развития многих заболеваний.

В зависимости от того, чем вызвано генетическое заболевание, врач выбирает и методы обследования пациента. Рассмотрим основные группы патологий.

Причиной этих генетических заболеваний служит нарушение в количественном составе хромосом или в их строении. Например, при наличии дополнительной (третьей) 21-й хромосомы формируется синдром Дауна. Причиной синдрома Шершевского-Тернера является наличие всего одной Х-хромосомы у женщин. А если у мужчины половые хромосомы присутствуют в сочетании XXY, а не XY, то ему ставится синдром Клайнфельтера.

Для диагностики проводят кариотипирование. В качестве примера можно привести синдром Клайнфельтера — редкое генетическое заболевание, которым страдают мужчины. Внешне оно выражается в евнухоподобной внешности, увеличении грудных желез, нарушении половой функции. Подробное изучение состава половых хромосом помогает определить, какое именно нарушение произошло у пациента (лишних Х-хромосом может быть несколько). В зависимости от кариотипа варьируется и степень выраженности признаков заболевания [20] .

Пациентам с хромосомными заболеваниями назначают цитогенетическое обследование. Обычно ему подвергаются и родители, чтобы установить, имеет ли место наследуемая патология или же это единичный случай [22] .

Нарушения могут произойти не в хромосоме, а лишь на одном ее участке. Тогда мы говорим о генной мутации. Эти заболевания называются моногенными, к ним, в частности, относятся многие нарушения метаболизма: муковисцидоз, фенилкетонурия, андрогенитальный синдром и т.д. Многие из этих заболеваний могут быть выявлены при обязательном скрининге всех младенцев в роддоме. Ребенок, у которого есть отклонения от нормы, может быть направлен на дополнительное генетическое обследование. А принятые вовремя меры позволяют в некоторых случаях предотвратить развитие серьезных нарушений.

В то же время существуют заболевания, вызванные генными мутациями, которые не проявляются ярко и однозначно. В качестве примера можно привести синдром Вольфрама, который дебютирует как сахарный диабет в раннем возрасте, затем проявляется ухудшением зрения или слуха. Врач может подтвердить синдром только по результатам генетической экспертизы.

Они выявляются при ДНК-идентификации. Анализ подтверждает наличие или отсутствие предрасположенности практически к любой патологии: от сахарного диабета до формирования различных зависимостей [23] . Так как роль генетических факторов и факторов внешней среды в развитии заболеваний различна не только для каждой патологии, но и для каждого пациента [24] , рекомендации здесь могут быть только строго индивидуальными, сделанными на основании результатов анализов.

Наследственные заболевания отличаются большим разнообразием: это могут быть патологии, вызванные мутацией генов, нарушением строения хромосом, сочетанием нескольких факторов, в том числе факторов внешней среды. Именно поэтому генетическое обследование лучше выполнять в лаборатории, которая предоставляет максимально широкий спектр услуг. Желательно, чтобы в лаборатории проводилось и кариотипирование, и ПЦР, и пренатальная диагностика, и анализ на носительство.

Второй важный момент — наличие в лаборатории современного сертифицированного оборудования. Оно позволяет делать анализ максимально подробным и полным. Популярные экспресс-системы дают результат в тот же день, однако глубокий анализ генотипа им недоступен. Специализированные лаборатории предоставляют результаты через 2–3 дня, однако это более подробное и детализированное исследование, позволяющее точно установить и наличие заболевания, и предрасположенность к тем или иным патологиям.

Стоимость обследования в специализированной лаборатории во многом зависит от объема: при составлении генетического паспорта цена обследования может достигать 75 000–80 000 рублей [26] .

• 6428
• 5,0
• 0
• 5

Вопрос о происхождении вирусов

Существует три основные теории возникновения вирусов [1]:

Зарождение жизни. Идея последнего универсального общего предка: каким он мог бы быть и что ему предшествовало?

Рисунок 1. Схема трехдоменной классификации, предложенная Вёзе. В основании этой схемы должен находиться последний универсальный общий предок (англ. last universal common ancestor, LUCA). Рисунок из Википедии.

Самый сильный аргумент в пользу существования LUCA — сохранившаяся общая система экспрессии генов (передачи наследственной информации от гена с образованием РНК или белков), одинаковая для всех живущих организмов. Все известные клеточные формы жизни используют один и тот же генетический код из 20 универсальных аминокислот и стоп-сигналов, закодированных в 64 кодонах (единицах генетического кода). Трансляция генетической информации в процессе синтеза белков по заданной матрице выполняется рибосомами, состоящими из трех универсальных молекул РНК и примерно 50 белков, из которых 20 так же одинаковы для всех организмов.

В 2010 году американский биохимик Даглас Теобальд математически проверил вероятность существования LUCA [6]. Он выбрал 23 белка, встречающихся у организмов из всех трех доменов, но имеющих разную структуру у различных видов. И исследовал эти белки у 12 различных видов (по четыре из каждого домена), после чего использовал компьютерное моделирование различных эволюционных сценариев, чтобы понять, при каком из них наблюдаемая картина будет наиболее вероятной. Оказалось, что концепция, включающая существование универсального предка, значительно вероятнее концепций, где его нет. Еще более вероятна модель, основанная на существовании общего предка, но допускающая обмен генами между видами [7].

Предположение о том, что LUCA был прокариотической клеткой, похожей на современные, часто принимается по умолчанию. Однако мембраны архей и бактерий имеют разное строение (рис. 2). Получается, что общий предок должен был обладать комбинаторной мембраной. Новая информация о мембранах LUCA появилась в 2012 году, когда несколько групп ученых подробно проанализировали историю генов всех ферментов биосинтеза компонентов липидов у бактерий, архей и эукариот [8].

Родственными у архей и бактерий оказались ферменты для синтеза терпеновых спиртов и пришивания полярных голов к спиртам. Значит, эти реакции мог проводить и LUCA. Проще всего было предположить, что липиды LUCA состояли из одного остатка терпенового спирта, остатка фосфата и полярной группы (серина или инозитола). Подобные липиды были синтезированы искусственно. Образующиеся из них мембраны обладают высокой подвижностью по сравнению с современными мембранами, хорошо пропускают ионы металлов и малые органические молекулы. Это могло позволять древним протоклеткам поглощать готовую органику из внешней среды даже без транспортных белков.

Реконструкции LUCA методами сравнительной геномики указывают на то, что это должен быть сложный организм без обширного ДНК-генома (геном, состоящий из нескольких сотен РНК-сегментов или ДНК провирусного типа). Но даже если считать возможность существования общего предка доказанной, остается загадкой, в какой среде он мог бы появиться.

Предполагается, что идеальные условия для формирования жизни существовали вблизи термальных геоисточников (морских или наземных) в виде сети неорганических ячеек, обеспечивающих градиенты температуры и рН, способствующих первичным реакциям, и предоставляющих универсальные каталитические поверхности для примитивной биохимии [10].

Эти отсеки могли быть населены разнородной популяцией генетических элементов. Вначале сегментами РНК. Затем более крупными и сложными молекулами РНК (один или несколько белок-кодирующих генов). А позднее и сегментами ДНК, которые постепенно увеличивались (рис. 3).

Такие простейшие генетические системы использовали неорганические соединения из раствора и продукты деятельности других генетических систем. Сначала они должны были подчиняться индивидуальному отбору ввиду большого разнообразия. Но ясно, что важным фактором такого отбора была способность передавать генетическую информацию, то есть, копировать себя. Присутствие одновременно в одной ячейке молекул, способных копировать РНК, кодировать полезные белки и управлять синтезом новых молекул, давало больше шансов выживать в каждой отдельной ячейке. И в такой системе рано или поздно должны были появиться паразитирующие элементы. А если это так, то вирусные элементы стоят у самых истоков эволюции [11].

Возникновение паразитов — неизбежное последствие эволюционного процесса

Рисунок 4. Схематическое представление структуры модели эволюции РНК-подобной системы. На втором этапе цепочки последовательностей начинают соединяться комплементарными связями сами с собой. В результате у двух видов (cat-C и cat-A) возникает вторичная структура молекулы, которая обладает каталитическим свойством. Она ускоряет собственную репликацию (или репликацию несвернувшихся соседей). Два вида при этом приобретают паразитические свойства (par-G и par-U). Пояснения в тексте. Рисунок из [12].

Таким образом, паразитарные репликаторы способствуют эволюции разнообразия, вместо того, чтобы мешать этому разнообразию. Это также делает существующую систему репликатора чрезвычайно стабильной при эволюции паразитов.

Согласно гипотезе Черной Королевы, чтобы поддержать свое существование в постоянно эволюционирующем мире, вид должен реагировать на эти эволюционные изменения и должным образом приспосабливаться к среде. Поэтому, если мы говорим о вирусах как о паразитах, мы обязаны представлять себе взаимоотношения вируса с хозяином. В борьбе с вирусом хозяева развивают новые защитные механизмы, а паразиты отвечают, развивая механизмы для атаки и взлома защиты. Этот процесс может длиться бесконечно либо до вымирания одной из противоборствующих сторон. Так множественные системы защиты составляют существенную часть геномов всех клеточных организмов, а взлом защиты — одна из основных функций генов у вирусов с большими геномами*.

Механизмы клеточной защиты против вирусов

Механизмы защиты от вирусов стандартны, поскольку все вирусы уникальны, и приспособиться к каждому не представляется возможным. Это такие механизмы как:

1. Деградация РНК (вирусных и клеточных) — РНК-интерференция;
2. Угнетение синтеза белков (вирусных и клеточных);
3. Ликвидация зараженных клеток — апоптоз (программируемая клеточная смерть);
4. Воспаление.

Получается, что клетка борется с вирусом, нарушая собственные обмен веществ и/или структуру. Защитные реакции клетки — это в основном самоповреждающие механизмы.

Вирус заражает конкретную клетку потому, что его механизмы нападения направлены именно против данного типа клеток. Это такие механизмы как:

1. Угнетение синтеза клеточной РНК;
2. Угнетение синтеза клеточных белков;
3. Нарушение клеточной инфраструктуры и транспорта;
4. Подавление/включение апоптоза и других видов клеточной смерти.

Схемы защитных приемов клетки и противозащиты вирусов во многом идентичны. Вирусы и клетки применяют одни и те же приемы. Для подавления синтеза вирусных белков клетка использует интерферон, а чтобы подавить образование интерферона, вирус угнетает синтез белков.

Поскольку узнавание вируса неспецифическое, клетка не может знать намерения конкретного вируса. Она может бороться с вирусом лишь стандартными приемами, поэтому ее оборонные действия часто могут быть чрезмерными.

Понятие о вирусном геноме, типы вирусных генов, концепция генов-сигнатур

В исследовании, проведенном вирусологом Евгением Куниным и его коллегами [16], анализ последовательностей вирусных геномов выявил несколько категорий вирусных генов, принципиально отличающихся по происхождению. Можно обсуждать, какая степень дробности классификации оптимальна, но четко различаются пять классов, укладывающихся в две более крупные категории.

Гены с четко опознаваемыми гомологами у клеточных форм жизни:

1. Гены, присутствующие у узких групп вирусов (обычно это гены, гомологичные генам хозяев этих вирусов).
2. Гены, консервативные среди большой группы вирусов или даже нескольких групп и имеющие относительно отдаленные клеточные гомологи.

Таким образом, отличительные особенности генов-сигнатур:

• Происхождение из первичного пула генов;
• Наличие лишь очень отдаленных гомологов среди генов клеточных форм жизни, из чего можно сделать вывод, что они никогда не входили в геномы клеточных форм;
• Необходимость для репродукции вирусов.

Из всего вышесказанного следует, что эти гены переходили от вируса к вирусу (или к элементу, подобному вирусу) на протяжении четырех миллиардов лет эволюции жизни, а вирусные геномы появились благодаря перемешиванию и подгонке друг к другу генов в гигантской генетической сети, которую представляет собой мир вирусов. Многочисленные гены клеточных форм жизни также пронизывают эту сеть, прежде всего благодаря геномам крупных вирусов, таких как NCDLV и крупным бактериофагам, которые позаимствовали множество генов от своих хозяев на разных этапах эволюции. Однако большинство заимствованных генов сами по себе не критичны для репликации и экспрессии вирусного генома (исключая некоторые случаи возможного неортологичного замещения генов-сигнатур); обычно эти гены участвуют во взаимодействии между вирусом и хозяином. Таким образом, несмотря на интенсивный взаимообмен генами с хозяевами, вирусы всегда происходят от других вирусов.

Вирусы, встроенные в геном, и горизонтальный перенос генов

В процессе эволюции многие вирусы встроились в геномы клеточных форм жизни путем горизонтального переноса генов (ГПГ). Впервые горизонтальный перенос был описан в 1959 году, когда ученые продемонстрировали передачу резистентности к антибиотикам между разными видами бактерий. В 1999 году Рави Джайн, Мария Ривера и Джеймс Лейк в своей статье писали о произошедшей значительной передаче генов между прокариотами [17]. Этот процесс, по-видимому, оказал некоторое влияние также и на одноклеточные эукариоты. В 2004 году Карл Вёзе опубликовал статью, в которой утверждал, что между древними группами живых организмов происходил массивный перенос генетической информации. В древнейшие времена преобладал процесс, который он называет горизонтальным переносом генов. Причем, чем дальше в прошлое, тем это преобладание сильнее [18].

Горизонтальный перенос генов — процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком. Горизонтальная передача генов реализуется через различные каналы генетической коммуникации — процессы конъюгации, трансдукции, трансформации, переноса генов в составе плазмидных векторов, вирусов, мобильных генетических элементов (МГЭ).

Трансдукция — перенос бактериофагом (агентами переноса генов, АПГ) в заражаемую клетку фрагментов генетического материала клетки, исходно содержавшей бактериофаг [19]. Такой бактериофаг обычно переносит лишь небольшой фрагмент ДНК хозяина от одной клетки (донор) к другой (реципиент). В зависимости от типа трансдукции — неспецифической (общей), специфической или абортивной, геном фага или хозяина-бактерии может быть изменен тем или иным образом:

• При неспецифической трансдукции (рис. 5) ДНК клетки-хозяина включаются в частицу фага (дополнительно к его собственному геному или вместо него);
• При специфической трансдукции гены фага замещаются генами хозяина;
• При абортивной трансдукции внесённый фрагмент ДНК донора не встраивается в ДНК хозяина-реципиента, а остаётся в цитоплазме и не реплицируется. Это приводит к тому, что при клеточном делении он передаётся только одной из дочерних клеток и затем теряется в потомстве.

Рисунок 5. Схема общей трансдукции. Фото с сайта vkjournal.ru.

Наиболее известным примером специфической трансдукции служит трансдукция, осуществляемая фагом λ. Поскольку этот фаг при переходе в состояние профага включается в хромосому бактерий между генами, кодирующими синтез галактозы и биотина, именно эти гены он может переносить при трансдукции.

Вот несколько примеров важных эволюционных событий, связанных с молекулярным одомашниванием:

1. Ферменты теломеразы, служащие для восстановления концевых участков хромосом, возможно, ведут свое происхождение от обратных транскриптаз, кодируемых ретровирусами и ретротранспозонами [22];
2. Белки RAG, играющие ключевую роль в системе адаптивного иммунитета, по-видимому, происходят от прирученных транспозаз — ферментов, кодируемых транспозонами;
3. Ген Peg10, необходимый для развития плаценты, был позаимствован древними млекопитающими у ретротранспозона (рис. 6) [23].

Рисунок 6. Роль гена Peg10 в эмбриональном развитии. Ученые под руководством Рюичи Оно из Токийского медицинского университета Японии показали, что у мышей с выключенным геном Peg10 нарушается развитие плаценты, от чего эмбрион погибает через 10 дней после зачатия [24]. Фото с сайта flickr.com.

В 2008 году в ходе целенаправленного поиска неиспорченных вирусных генов в геноме человека исследователи нашли два очень похожих друг на друга ретровирусных гена (их назвали ENVV1 и ENVV2), которые, по всей видимости, находятся в рабочем состоянии [25]. Это гены белков оболочки ретровируса. Каждый из них входит в состав своего эндогенного ретровируса (ЭРВ), причем все остальные части этих ЭРВ давно не функционируют.

Вирусные гены ENVV1 и ENVV2 у человека и обезьян работают в плаценте и, скорее всего, выполняют следующие функции:

Таким образом, как минимум три полезных применения нашли себе вирусные гены в плаценте приматов. Это показывает, что генетические модификации, которым ретровирусы подвергают организмы, в долгосрочной перспективе могут оказаться полезными или даже определить развитие вида. И с учетом всего вышесказанного древо доменов должно выглядеть как на схеме ниже (рис. 7).

Рисунок 7. Горизонтальный перенос генов в рамках трехдоменного дерева. Рисунок из [26].

Заключение

Возникновение паразитов — обязательная черта эволюционирующих систем репликаторов, а соревнование хозяев и паразитов движет эволюцию тех и других. Любой организм является результатом миллионов лет борьбы клеток с невероятно разнообразным миром вирусов. Их действия и их эволюция пронизывают всю историю клеточной эволюции, и сейчас меняется само наше представление о них. Когда-то вирусы считали деградировавшими клетками, но чем больше мы узнаем о вирусах, тем очевиднее, что их роль в общей эволюции значительна. И невероятно много нам еще предстоит узнать.

Статья написана в соавторстве с Евгенией Щепенок.