Жер шарында қанша вирус бар?

Біздің планетамыздың тірі әлемі адам көзі қамти алатын деңгейден әлдеқайда бай әрі күрделі — оның басым бөлігін тек микроскоп арқылы ғана көрінетін және ұзақ уақыт бойы ғылым үшін беймәлім болып келген ағзалар құрайды. Сол көзге көрінбейтін тіршілік иелерінің ішінде вирустар ерекше орын алады — олар қатаң биологиялық мағынада тірі ағзаларға жатпайды, бірақ іс жүзінде барлық жерде кездеседі және планетаның барлық экожүйелеріне орасан зор ықпал етеді. Жер бетінде қанша вирус бар деген сұрақ ұзақ уақыт бойы дерлік риторикалық болып көрінді — ғылымның оларды санауға мүмкіндігі тым шектеулі еді. Алайда метагеномика мен жоғары өнімді ДНҚ секвенирлеу технологияларының дамуы зерттеушілерге тіпті мамандардың өзін таңғалдыратын бағалаулар жасауға мүмкіндік берді. Бұл сұраққа берілген жауап биосфера туралы мүлде жаңа түсінік ашады — мұнда вирустар кездейсоқ ауру қоздырғыштар емес, Жердегі тіршіліктің негізгі қатысушылары болып табылады.

Вирус деген не және оларды санау неге соншалықты қиын

Сандар туралы айтпас бұрын, алдымен нені қарастырып отырғанымызды түсіну қажет. Вирус — бұл нуклеин қышқылының фрагментінен тұратын және ақуыз қабықшамен қоршалған молекулалық құрылым, ол өзін тек тірі жасушалардың ішінде ғана көбейте алады.

Дәл осы иесіне тәуелділік вирустарды санауды аса күрделі міндетке айналдырады. Бактериялардан айырмашылығы, оларды қоректік ортада жай ғана өсіру мүмкін емес — көптеген түрлері тек белгілі бір ағзаның нақты жасушаларында ғана көбейеді. Сонымен қатар дәстүрлі анықтау әдістері тек белгілі вирустарға ғана жарамды, ал олардың басым бөлігі ғылымға әлі белгісіз.

Вирустық әртүрлілікті зерттеудегі негізгі әдістемелік қиындықтар мыналар:

• көптеген вирустарды иесі жоқ жағдайда өсіру мүмкін еместігі дәстүрлі зертханалық әдістерді қолдануға мүмкіндік бермейді;
• вирустар әлемінің орасан ауқымы геномдық деректерді өңдеу үшін аса үлкен есептеу ресурстарын талап етеді;
• вирустарда бактериялардағы 16S рРНҚ гені сияқты әмбебап генетикалық маркердің болмауы оларды сәйкестендіруді қиындатады;
• вирустар өте жоғары жылдамдықпен мутацияға ұшырайды, бұл «түр» ұғымының шекараларын бұлыңғыр етеді;
• көптеген тіршілік ортасы — мұхит түбі шөгінділері, мәңгі тоң, терең тау жыныстары — әлі толық зерттелмеген.

Осы қиындықтардың жиынтығы вирустар саны туралы шамамен бағалаулардың тек соңғы онжылдықтарда ғана пайда болғанын және молекулалық әдістер дамыған сайын үнемі нақтыланып отырғанын түсіндіреді.

Астрономиялық сандар — Жердегі вирус бөлшектерінің саны

Вирус бөлшектерінің жалпы саны мен вирус түрлерінің саны арасындағы айырмашылықты түсіну өте маңызды. Бұл екі көрсеткіш те таңғалдырады, бірақ вирустар әлемінің әртүрлі қырларын сипаттайды.

Ғалымдардың бағалауы бойынша, Жердегі вирус бөлшектерінің жалпы саны шамамен 10³¹-ге тең — бұл отыз бір нөлі бар бірлік. Бұл сан соншалықты үлкен, оны салыстыру қиын — егер барлық вирустарды бір тізбекке орналастырсақ, ол 100 миллион жарық жылына созылар еді.

Бұл орасан санның негізгі бөлігі бірнеше ортада шоғырланған.

1. Әлемдік мұхит вирустар саны бойынша абсолютті көшбасшы — теңіз суының бір миллилитрінде 10-нан 100 миллионға дейін вирус бөлшектері болады. Зерттеулерге сәйкес, мұхиттағы вирустардың жалпы биомассасы шамамен 75 миллион көк киттің биомассасына тең. Мұхит вирустары бактериялар мен микробалдырлардың санын реттеуде маңызды рөл атқарады, күн сайын мұхиттағы бактериялық биомассаның шамамен 20 пайызын жояды.
2. Топырақта да өте көп вирус бар — бүкіл планетаның топырақ қабатында шамамен 10²⁸ вирус бөлшектері кездеседі. Топырақ вирустары бактерияларды, саңырауқұлақтарды және біржасушалы ағзаларды жұқтырып, органикалық заттардың айналымына қатысады. Олардың қатысуынсыз органикалық заттардың ыдырауы және азот пен фосфордың босап шығуы әлдеқайда баяу жүрер еді.
3. Атмосферада да вирустар көп — жер бетінен 2–3 километр биіктікте ауаның әр текше метрінде миллиардтаған вирус бөлшектері кездеседі. 2018 жылы ISME Journal журналында жарияланған зерттеу желдердің вирустарды тау жоталары мен мұхиттар арқылы тасымалдайтынын көрсетті — күн сайын жер бетінің әр шаршы метрі атмосферадан 25-тен 800 миллионға дейін вирус бөлшектерін алады.
4. Адам ағзасы да вирустарға толы орта болып табылады. Адамның виромы — ағзадағы барлық вирустар жиынтығы — әртүрлі бағалаулар бойынша 380 триллионнан бірнеше квадриллионға дейін бөлшектерден тұрады. Олардың көпшілігі адам жасушаларын емес, ішек пен теріде өмір сүретін бактерияларды жұқтырады — бұл бактериофагтар деп аталады.

Бұл сандар вирустардың биосферадағы кездейсоқ құбылыс емес, оның қалыпты және ажырамас бөлігі екенін көрсетеді.

Қанша вирус түрі бар

Вирустардың жеке түрлерінің саны — яғни генетикалық тұрғыдан ерекшеленетін сызықтардың саны — мүлде басқа мәселе. Бұл жерде бағалаулар үнемі өзгеріп отырады.

Ресми түрде сипатталған вирустар саны салыстырмалы түрде аз. 2020-жылдардың ортасына қарай вирустар таксономиясы жөніндегі халықаралық комитет шамамен 10 000–15 000 вирус түрін ғана мойындаған.

Соңғы жылдардағы метагеномдық зерттеулер бұл түсінікті түбегейлі өзгертті.

1. 2021 жылы Science журналында жарияланған зерттеу 35 000 үлгіні талдау арқылы бұрын белгісіз болған шамамен 130 000 вирус түрін анықтады. Осы зерттеу нәтижесінде РНҚ-вирустар саны шамамен он есе артты.
2. Жалпы вирус түрлерінің саны қолданылатын әдіске байланысты өзгереді. Кейбір зерттеушілер тек жәндіктерді жұқтыратын вирустардың өзі 10 миллион түрге жуық деп есептейді. Басқа бағалаулар бірнеше жүз миллионнан миллиардқа дейінгі санды көрсетеді.
3. Ерекше топ — «алып вирустар» — мимивирустар, пандоравирустар және тупанвирустар. Олардың геномдары кейбір бактериялардың геномдарымен салыстыруға болады. Кейбірінде тек жасушалы ағзаларға тән деп есептелген гендер бар.

Вирустардың нақты түр саны ешқашан дәл анықталмауы мүмкін, өйткені олар тез мутацияға ұшырайды және көптеген орталар әлі зерттелмеген.

Вирустар экологиялық фактор ретінде

Жердегі вирустардың орасан саны медицинадан тыс салаларда да маңызды рөл атқарады. Олар барлық негізгі биогеохимиялық циклдерге қатысады.

Вирустардың экологиялық рөлі бірнеше механизм арқылы жүзеге асады:

• «вирус шунты» — бактериялар мен фитопланктондардың жойылуы нәтижесінде органикалық заттардың еріген күйге қайта оралуы, бұл көміртек айналымына әсер етеді;
• гендердің көлденең тасымалдануы — вирустар арқылы гендер бір ағзадан екіншісіне беріледі, бұл эволюцияны жеделдетеді;
• микроб қауымдастықтарының санын реттеу — вирустар экожүйеде әртүрлілікті сақтайды;
• геномдардың қалыптасуына қатысу — адамның геномының шамамен 8 пайызы ежелгі ретровирустардан шыққан.

Бұл соңғы факт ерекше маңызды — вирустар адам эволюциясына да әсер еткен.

Адамға қауіпті вирустар — үлкен әлемнің шағын бөлігі

Вирустардың жалпы санына қарағанда адамға қауіптілері өте аз. Бұл вирустардың рөлін дұрыс түсіну үшін маңызды.

Бағалаулар бойынша, миллиондаған вирус түрінің ішінде шамамен 200–250 ғана адамда ауру тудыра алады. Олардың ішінде бірнеше ондаған ғана эпидемиялық қауіп төндіреді — тұмау, АИТВ, гепатит вирустары, коронавирус және тағы басқалары.

Көптеген вирустар адам жасушаларын жұқтыра алмайды және ағза арқылы еш әсерсіз өтеді.

Қауіпті болуы мүмкін вирустардың ішінде зооноздық вирустар ерекше орын алады — олар жануарларда таралып, кейде адамға бейімделуі мүмкін. Мұндай вирустар саны жүздеген мың деп бағаланады.

Метагеномика арқылы ашылған вирустар әлемі Жердегі тіршілік туралы түсінікті түбегейлі өзгертеді — вирустар тек қауіп емес, биосфераның негізгі құрылымдық элементтерінің бірі. Оларды зерттеу болашақта гендік инженерия, медицина және экология салаларында жаңа мүмкіндіктер ашады.