Паразит «обходит» защитные системы хозяина

На большинство защитных систем хозяина геномные паразиты в ходе эволюции развивают тот или иной адекватный ответ, позволяющий им защищаться от разрушающего действия этих защитных систем. Интересно, что у прокариот, у которых наиболее активно происходит горизонтальный перенос генов (Lang et al. 2017), распространены такие схемы как перенос части генов защитной системы в геном бактериофага, так что при инфекции эти гены атакуют защитную систему хозяина. Так, моногие бактериофаги кодируют анти-CRISPR-белки, которые ингибируют клеточную систему CRISPR-Cas (Stanley & Maxwell, 2018), благодаря чему в долгосрочной перспективе горизонтальный перенос генов у прокариот не снижается значительно из-за препятствий, создаваемых этой адаптивной иммунной системой (Pawluk et al., 2018). Аналогичная система белков-ингибиторов позволяет многим РНК-вирусам избегать РНК-интерференции в клетках хозяина (Li & Wang, 2018). Более того, сам жизненный цикл этих вирусов использует такие механизмы репликации генома вируса, которые наименее подвержены действию систем РНК-интерференции хозяина (Aguado et al., 2018).

Способ защиты бактериофагов от систем рестрикции-модификации очень простой: патоген модифицирует свою ДНК таким образом, что защитные ферменты клетки не могут ее распознать как ДНК и расщепить. Известно множество типов модификаций фаговой ДНК, которые делают ее устойчивой к расщеплению клеточными защитными ферментами (Huang et al., 1982). Кроме того, многие модификации позволяют фагам добиться устойчивости к более сложным защитным системам клетки, таким как CRISPR-Cas (Bryson et al., 2015). Помимо модификаций собственной ДНК, бактериофаги приобретают устойчивость к рестриктазам и другим ферментам клетки, распознающим специфическим участки ДНК, путем постоянных мутаций, благодаря чему эти специфические сайты очень редки в геномах фагов (Pleška & Guet, 2017). Наконец, важно отметить, что сами системы рестрикции-модификации, предположительно, изначально возникли у геномных паразитов как частный случай системы яд-противоядие: паразитическая молекула ДНК кодирует долгоживущий яд для клетки и короткоживущее противоядие, в результате чего если клетка тем или иным способом избавится от этой ДНК, противоядие не будет больше синтезироваться и яд погубит клетку (All et al., 2017). Таким образом, клетки заимствуют системы защиты от паразитов и паразиты заимствуют их от клеток, «приручая» под свои цели – этот взаимный переход одной противоположности в другую является лейтмотивом геномной эволюции защитных систем, он подтверждается на широкой выборке прокариот с секвенированными в настоящее время геномами (Koonin et al., 2017) и, что самое главное, является полной аналогией диалектического принципа единства, взаимного перехода и борьбы противоположностей.

Несмотря на то, что адаптивный иммунитет позвоночных позволяет оперативно вырабатывать иммунный ответ на произвольного нового патогена с помощью антител и Т-клеточных рецепторов, этот качественный скачок не позволяет окончательно побороть патогенов. Колоссальное разнообразие видов микроорганизмов, проживающих в полости желудочно-кишечного тракта и в других локализациях организма, позволяет и патогенам быстро эволюционировать и «изобретать» новые способы «взлома» иммунной системы (Bliven & Maurelli, 2016), благодаря чему эволюционная гонка вооружений не прекращается, а только переходит на новый уровень. Яркий пример принципиально новых способов обхода адаптивной иммунной системы – постоянная и регулируемая смена поверхностных гликопротеинов у трипаносом, паразитических простейших, вызывающих смертельное заболевание африканскую сонную болезнь. Благодаря этому выработанный адаптивный иммунитет оказывается неэффективный после каждой смены гликопротеинов, в результате чего болезнь практически не лечится (Barry & McCulloch, 2001).

Наконец, вирусы и транспозоны сами вырабатывают защитные системы, ограничивающие собственное распространение в геноме хозяина и препятствующие проникновению новых паразитов. Так, классический объект микробиологии и вирусологии бактериофаг лямбда, инфицировав бактерию и встроившись в ее геном, запускает систему белков, которые не позволяют другим «особям» бактериофага сделать то же самое (Gandon, 2016). Другой пример – выбор точек встраивания в геном ретротранспозонами и ретровирусами эукариот, который определяется балансом между минимизацией повреждений для хозяина и максимизации уровня экспрессии участка генома, в который встроился паразит, в результате чего возникает большое разнообразие эволюционных стратегий встраивания (Sultana et al., 2017). В итоге для систем защиты хозяина от патогенов возникает возможность заимствования систем самоограничения самих патогенов, что дает дополнительный источник разнообразия этих систем защиты.

Таким образом, эволюционная гонка вооружений выступает ярким примерно диалектической основы эволюции жизни в целом. Если диалектическая связь генотипа и фенотипа, последовательности нуклеотидов и ее функции, развертывается в противоборстве паразита и хозяина, то развитие систем защиты хозяина от патогена и систем взлома этой защиты также протекает в диалектическом единстве, с большим количеством взаимных переходов. Возникновение защитных систем принципиально нового уровня, таких как адаптивная иммунная система позвоночных, не снимает противоречий, а лишь переводит их на новый уровень. В дальнейшем мы увидим, что и сами переходы жизни на новые уровни организации возникают в результате разворачивания этих противоречий.