В чем полезны бактерии и вирусы

Если человека, недавно переболевшего гриппом, спросить, может ли вирус быть полезен для его организма, он в лучшем случае покрутит пальцем у виска. И будет по-своему прав. Вирусы, эти крохотные микроорганизмы, размножающиеся только в том случае, если находятся в живом организме, обычно ассоциируются с болезнью. Даже слово «вирус» означает «яд» на латыни.

Но еще Парацельс говорил, что яд от лекарства отличается дозой. Представляем вам топ-10 вирусов, которые могут быть полезны для людей.

10. Бактериофаги — охотники на бактерий

Бактериофаги

В нашем организме идет незримый бой. Если снять по его мотивам фильм, вышел бы настоящий ужастик. Представьте себе организм, который заражает и пожирает другой организм. Только в роли монстра выступают бактериофаги, проживающие в слизистых оболочках человеческого тела, а в роли жертвы — вредоносные бактерии. Исследование, проведенное в 2013 году, показало, что когда бактериофаг был помещен в одну культуру с бактерией E. coli (кишечной палочкой), то смог убить ее.

А вот клетки тела человека бактериофаги не инфицируют, и успешно используются при лечении бактериальных инфекций. Разве это не один из самых полезных вирусов в мире?

9. GB virus C против ВИЧ

GB virus C

Еще один интересный вирус, который в настоящее время изучается учеными, известен как GB virus-C (GBV-C, он же гепатит G). Более миллиарда людей, живущих сегодня, уже заражены им, даже не подозревая об этом.

Несколько экспериментов показывают, что когда человек с ВИЧ заражается еще и GBV-C, прогрессирование ВИЧ может замедлиться. Некоторые эксперты также считают, что GBV-C может помочь человеку выжить при заражении геморрагической лихорадкой Эбола, хотя данных об этом еще мало.

8. Вирусы на страже эмбрионов

Белок Rec

При исследовании клеток трехдневного зародыша ученые обнаружили множество вирусных белков. Некоторые из них уже начали объединяться в подобие готовых частиц вируса. При этом они воздействовали на другие гены эмбриона.

• Так, вирусный белок Rec способствовал повышению уровня протеина IFITM1, не пропускающего в клетку вирусную инфекцию. То есть одни вирусы могут уберегать клетки зародыша от своих «собратьев».
• Кроме того, белок Rec регулировал количество рибосом у нескольких клеточных РНК. Пока ученые не выяснили, как это может отразиться на эмбрионе.
• Результаты экспериментов с зародышевыми клетками были опубликованы в журнале Nature в 2015 году.

7. Я обучаем, спасибо вирусу

Белок Arc (розовый)

В начале жизни есть «окно времени», когда мозг подобен губке, и легко впитывает новые знания и навыки. Без белка под названием Arc это окно никогда не откроется.

Согласно исследованию ученых Университета штата Юта, Arc выглядит и действует как вирусный белок. Он способен передавать генетический материал от нейрона к нейрону. Так, как действуют вирусы для заражения клеток-хозяев.

Исследователи вводили Arc в бактериальные клетки. И когда клетки продуцировали этот белок, он собрался в форму, напоминающую капсид. Так называется оболочка, содержащая генетическую информацию вируса.

Есть предположение, что давным-давно Arc попал в человеческий геном вместе с каким-то вирусом. Вирус, встроившись в геном, «заснул», а клетки начали использовать вирусные белки для своих целей.

Перспектива того, что вирусоподобные белки могут стать основой для новой формы связи между клетками в мозге, может изменить наше понимание того, как создаются воспоминания.

6. Стоматит для лечения онкологии

VSV

Стоматитом болеют не только люди. Существует вирус везикулярного стоматита (VSV), который распространен у лошадей. При этом он может передаваться другим животным и даже людям. Максимум, что он может вызвать у человека — гриппоподобные симптомы и волдыри во рту.

Но и этот неприятный вирус ученые смогли использовать во благо человека. Генетически измененный VSV применяется в новаторской терапии раковой опухоли печени. Метод был разработан исследователями из Университета Майами и Научно-исследовательского института при Клинической больнице Оттавы. Суть его заключается в том, что некоторые модифицированные вирусы, в числе которых и VSV, могут размножаться только в раковых клеток, лишившихся противовирусной защиты. В настоящее время инновационная терапия тестируется на людях с раком печени.

5. Хороший и плохой норовирус

Норовирусы

Норовирусы — патогенные микроорганизмы, вызывающие рвоту, диарею и гриппоподобные симптомы. От них страдают не только люди, но и лабораторные мыши, вирус с легкостью уничтожает целые колонии бедных грызунов.

Однако некоторые штаммы норовируса оказались полезными для мышей, которые выросли в стерильной среде. В организме таких подопытных не хватало Т- и В-клеток, что вредило их кишечнику и иммунитету. А при добавлении мышиного норавируса у «стерильных» зверьков восстанавливалась ткань кишечника и повышалась иммунная защита.

Возможно, в будущем и людям будут давать определенные штаммы норовируса для лечения желудочно-кишечных заболеваний.

4. За живорождение спасибо ретровирусу

Эндогенные ретровирусы

Деторождение — сложный и длительный процесс. И, возможно, некоторые женщины предпочли бы вместо долгих родов быстро откладывать яйца подобно змеям или черепахам. Но увы, за отсутствие данной возможности стоит поблагодарить так называемые «эндогенные ретровирусы».

По мнению некоторых ученых, эти древние вирусы появились у наших предков и вызвали мутацию в генетическом коде. Из-за этой мутации у млекопитающих появилась плацента и способность к живорождению, что стало настоящим эволюционным прорывом. С продлением внутриутробного развития ученые связывают важнейшие изменения, которые около 60 миллионов лет назад произошли у млекопитающих. У них увеличился размер мозга и постепенно развились умственные способности.

3. Гаммагерпесвирусы не отравишь

Listeria monocytogenes

Знакомы ли вам мучения, связанные с пищевым отравлением? Часто это состояние вызвано бактериями Listeria monocytogenes. Но на каждую заразу найдется управа. И в данном случае ей является другая зараза — гаммагерпесвирус типа MHV-68. Выяснилось, что эта инфекция, протекающая в скрытой форме, повышает устойчивость организма человека к Listeria monocytogenes.

Это, разумеется, не значит, что нужно подхватить герпес, чтобы избавиться от угрозы пищевого отравления.

2. Аденовирусы могут помочь лечить рак

HAdV-52

Это очень распространенные и очень заразные вирусы. К счастью, при всем этом они не слишком опасны для человека. Например, могут вызвать простуду, гастроэнтерит у детей и — самое опасное — пневмонию у людей с ослабленным иммунитетом.

При этом штамм аденовируса типа 52 (HAdV-52) может связываться со специфическим типом углеводов, который находится в клетках раковой опухоли. Эта особенность аденовируса требует дальнейшего изучения, однако дает надежду на более успешную борьбу с различными видами рака в будущем.

1. Вирус спасет от жары

Жаростойкость растений

На первом месте в списке вирусов, полезных для человечества, находится микроорганизм, которого нет в теле человека. Но он все равно необходим, только не людям, а растениям, чтобы выдержать очень жаркую температуру.

Речь идет о вирусе, который заражает грибок эндофит. А тот, в свою очередь, растет на тропическом просо, которому нипочем тропическая жара.

Ученые смогли прикрепить вирус к другим растениям, и они получили устойчивость к высоким температурам. Исследователям удалось вырастить помидоры в почве, температура которой достигала 60 градусов по Цельсию. При «изъятии» вируса растение сразу теряло свою теплостойкость.

Паразиты, бактерии и вирусы были бичом человечества на протяжении всей его истории, но также изменили ее и повлияли на нашу эволюцию. Паразиты помогли нашей иммунной системе обрести необходимый стимул и заработать, а смиренные бактерии целиком и полностью определили правила жизни на этой планете. Иногда кажется, что мы, люди, просто игрушки в их руках. Есть мнение, что пришельцы из далеких миров могут не понять, кто на этой планете настоящий хозяин. В любом случае микроорганизмы делают невероятные вещи, чтобы помочь человечеству.

Африканские вирусы помогли нам выжить

Благодаря науке, вирусной молекулярной генетике, мы теперь немного знаем о тех, кто инфицировал нас на нашем эволюционном пути, а также то, что эти автостопщики постоянно нам помогали. К примеру, то эволюционное давление, которое они оказывали на нашу иммунную систему, сделало нас такими устойчивыми, как сегодня. Кроме того, вирусы могли сыграть роль в потере специфических рецепторов, которые некогда располагались на поверхности наших клеток; за них могли цепляться инфекционные агенты и использовать их с целью вызова заболевания. Избавив человеческое тело от этого источника заболеваний, вирусы создали более безопасные условия для себя. Выиграли все.

Кроме того, они, возможно, сыграли роль в том, что среди конкурирующих видов гоминид именно Homo sapiens вышли на первое место. В то время как наш вид развивался, разного рода заболевания и паразиты нападали на генетическое разнообразие и отсеивали непригодные модели. Как только первый Homo sapiens покинул континент, он привез с собой свои инфекционные колонии и паразитов.

Вирусные паразиты распространились на других гоминид типа Homo neanderthalensis (неандертальцев), у которых не было заранее выработанной системы защиты от новых заболеваний и структура носа, которая была менее эффективной при фильтрации воздуха и удерживании новых вирусов. Другие виды гоминид вымерли, поскольку не были приспособлены к выживанию в условиях, в которых могли выживать вредные микроорганизмы. Моделирование показало, что если у неандертальцев уровень смертности был хотя бы на 2% выше, чем у людей, этого было бы достаточно, чтобы они вымерли спустя 1000 лет конкуренции. Хотя заболевания, конечно, не были единственным фактором, они сыграли большую роль.

Большинство моделей эволюции человеческих заболеваний утверждают, что их основная часть развивалась в течение эпохи неолита, после того как человек перебрался из Африки и население увеличилось. Таким образом, есть некоторые доказательства этого избирательного вирусного давления. Многие из этих ранних вирусов были так успешны, что их гены буквально стали частью нашей ДНК. К примеру, человеческий геном содержит борнавирус, который стал его частью около 40 миллионов лет назад. В общей сложности ученые выделили около 100 000 элементов человеческой ДНК, которые могли быть частью вирусов, так называемая мусорная ДНК. Вирусы, которые составляют большую часть нашей мусорной ДНК, называются эндогенными ретровирусами.

Современное использование пиявок и личинок

В течение тысяч лет европейская пиявка (Hirudo medicinalis) использовалась в медицине для кровопускания и лечения широкого спектра заболеваний: от геморроя до ушных инфекций. Практика идет так далеко назад во времени, что египетская живопись 1500 г. до н. э. изображает их использование. Хотя некоторые страны никогда и не останавливали их использование, во многих странах практика все же сошла на нет из-за развития микробной теории.

Тем не менее в 70-80-х годах пиявки вернулись. Косметические и реконструктивные хирурги выяснили, что их можно эффективно использовать для кровопускания из опухших лиц, черных глаз, конечностей и прочего. Они также полезны при повторном присоединении небольших частей тела вроде ушей и лоскутов кожи, поскольку отсасывают кровь, которая может свернуться и прервать процесс заживления. Пиявки спасают людей от ампутации и даже могут облегчить боль при остеоартрите. Даже ветеринары иногда используют их.

Личинки, с другой стороны, являются природными очистителями. Они прекрасно подходят для разъедания мертвой или зараженной плоти, открывая здоровые ткани в процессе так называемой хирургической обработки раны. Также они оказались эффективным средством для лечения язв, гангрен, рака кожи и ожогов.

Личинки и пиявки настолько эффективны, что в 2010 году стали первыми «живыми медицинскими изделиями», проложив путь для целой индустрии под названием биотерапия.

Паразиты и иммунная система совместно защищают нас от аллергии

Исследователи, изучающие эффекты желудочно-кишечных паразитов, придумали невероятную теорию: после того как паразиты впервые колонизировали наши желудочно-кишечные системы, они в течение миллиона лет разрабатывали способность подавлять нашу иммунную систему. В то же время наши собственные тела эволюционировали, чтобы частично компенсировать эффект.

Самая интересная часть в том, что как только паразиты и безвредные микроорганизмы, присутствующие в воде и почве, были в значительной степени удалены из своей естественной среды внутри нас в процессе развития цивилизации и медицины, наша иммунная система фактически сверхкомпенсировала эту утрату, что привело к аллергии и увеличению шансов возникновения астмы и экземы.

Эта гипотеза «старых друзей» (иногда к ней относят «гигиеническую гипотезу», хотя она намного сложнее) получила большую поддержку в последние годы, по мере того как мы выявляем новые факты о том, как микроорганизмы помогали нам выживать в течение тысячелетий.

Первым гипотезу старых друзей предложил Грэм Рук из Университетского колледжа в Лондоне в 2003 году.

Некоторые люди доводят гипотезу старых друзей к ее логическому заключению: если удаление паразитов из общества приводит к проблемам со здоровьем, нужно вернуть их назад. В 2008 году профессор неврологии Университета Висконсина Джон Флеминг провел клиническое исследование, в ходе которого заражал некоторых пациентов с рассеянным склерозом паразитирующими червями и проверял эффективность этого метода. В течение трех месяцев у пациентов, которые в среднем имели 6,6 активных очагов среди нервных клеток мозга, уровень заболевания упал примерно в два раза. Когда испытание закончилось, количество очагов вернулось к 5,8 за два месяца.

Паразитарная терапия все еще находится в фазе эксперимента, и, скорее всего, на данный момент имеет негативные последствия, которые перевешивают позитивные. В настоящее время врачебные комиссии классифицируют червей как биологические продукты, которых нельзя продавать, пока не будет доказана их безопасность. Только один вид, Trichuris suis, был одобрен для тестирования нового препарата.

Виротерапия

Одной из самых интересных и перспективных отраслей медицины в последние десятилетия является виротерапия, биотехнологическая техника перепрограммирования вирусов для лечения болезней. В 2005 году исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе объявили, что превратили одного из злейших врагов человека в убийцу рака, когда перепрограммировали модифицированный штамм ВИЧ для выслеживания и уничтожения раковых клеток. Примерно в то же время исследователи из клиники Майо в Рочестере, штат Миннесота, модифицировали вирус кори, чтобы тот делал то же самое.

Методика аналогична той, которая используется для выведения генно-модифицированных растений, только в качестве носителя гена используется вирус. Он уже давно признан в качестве наиболее эффективного средства переноса генов. Эта система используется для производства полезных белков в генной терапии и имеет большой потенциал для лечения иммунологических заболеваний, таких как гепатит и ВИЧ.

Еще в 1950-х годах стало известно, что у вирусов есть потенциал для лечения рака, но появление химиотерапии замедлило прогресс в этом направлении. Сегодня виротерапия на поверку оказывается весьма эффективным средством борьбы против опухолей, поскольку не повреждает здоровые клетки вокруг нее. Клинические испытания онколитической виротерапии показали низкую токсичность и перспективные признаки эффективности. В 2013 году препарат под названием TVEC стал первым лекарством на основе вируса для борьбы с опухолями на поздней стадии.

Одной из самых больших проблем, стоящих перед исследователями, остается вопрос доставки вируса туда, где он будет работать лучше всего, прежде чем тело распознает в нем нарушителя и «поднимет войска».

Использование вирусов для лечения бактериальных инфекций

Бактериофаги — это вирусы, которые охотятся за бактериями. Впервые обнаруженные Фредериком Твортом в 1915 году и Феликсом Д’Эрелем два года спустя, они использовались для изучения многих аспектов вирусов с 1930-х годов. Особенно они распространены в почве, которую многие бактерии выбирают своим домом.

Поскольку фаги нарушают метаболизм бактерий и уничтожают их, уже давно признано, что они могут играть определенную роль в лечении широкого спектра бактериальных заболеваний. Но из-за инноваций в сфере антибиотиков, фаготерапию снова положили на полку, пока рост резистентных к антибиотикам бактерий не вызвал повышенный интерес в этой области.

Отдельные виды фагов, как правило, эффективны только против небольшого диапазона бактерий или даже одного конкретного вида (основного хозяина), что изначально рассматривалось как недостаток. Но поскольку мы узнали больше о полезных аспектах нашей природной флоры, недостаток превратился в преимущество. В отличие от антибиотиков, которые, как правило, убивают бактерии без разбора, бактериофаги могут атаковать вызывающие заболевание организмы, не нанося вред нашей естественной флоре.

В то время как бактерии могут вырабатывать устойчивость как к антибиотикам, так и к фагам, разработка новых штаммов фагов займет всего несколько недель, а не лет. Фаги также могут проникать в тело, находить цель, а когда бактерии будут уничтожены, прекращать воспроизводство и вскоре вымирать.

Вакцины

Начиная с 1790-х годов, когда Эдвард Дженнер разработал первую в мире вакцину против оспы, используя менее вирулентный штамм коровьей оспы, чтобы привить пациентов, эта вакцина спасла жизни многих миллионов людей. С тех пор, однако, были разработаны многие другие вакцины. Ослабленные или «живые» вакцины используют живые вирусы, которые были ослаблены или изменены так, что не могут вызывать болезнь, в то время как неактивные или «убитые» вакцины содержат мертвые микроорганизмы или токсины, которые обычно используются против бактериальных инфекций. Некоторые вакцины, включая субъединицы и сопряженные вакцины, а также рекомбинантные и генно-модифицированные вакцины, используют только сегмент инфекционного агента.

Когда вакцина вводится, возбудитель начинает работать, что недостаточно, чтобы размножиться в таком размере, чтобы вызвать заболевание. Тело производит иммунный ответ, убивает возбудителя или разрушая токсин, ответственный за болезнь. Иммунная система организма теперь знает, как бороться с болезнью и будет помнить, если возбудитель снова проникнет в тело. Другими словами, ученые выяснили, как заставить возбудитель помочь своей цели защититься от него. Они даже сделали несколько шагов к разработке вакцин для нескольких форм рака и вируса гепатита B (который вызывает рак печени), вируса папилломы человека типа 16 и 18 (который вызывает рак шейки матки) и метастатический рак предстательной железы у некоторых мужчин.

Благодаря вакцинам, несколько заболеваний были вынуждены виртуально исчезнуть. Оспа остается наиболее известным примером, но полиомиелит, который хоть и не полностью уничтожен, стоит на втором месте. Несколько других заболеваний могут уйти хоть сейчас, если бы вакцины не было так трудно доставить в слаборазвитые страны.

Бактериальная утилизация отходов

Некоторые из самых маленьких и простейших существ на Земле играют одну из наиболее важных ролей в спасении жизни. Бактерии разрушают и утилизируют отходы.

Мертвые останки животных и растений, наряду с экскрементами всех организмов, содержат жизненно важные питательные вещества и запасенную энергию. Без возможности вернуть эти питательные вещества, имеющиеся источники были бы быстро исчерпаны. К счастью, многие виды бактерий выбирают именно эти источники энергии, разбивая их на свои маленькие молекулы и возвращая их в почву, откуда они затем повторно входят в пищевую цепочку.

В дополнение к этому процессу люди нашли массу способов использования его аналогов. Бактерии используются в очистке сточных вод, управлении промышленными отходами и очистке нефтяных разливов, утекших фармацевтических препаратов и сточных вод. Они также полезны в развитии аквахозяйств, борьбе с водорослями и биотуалетах. Исследователи и инженеры постоянно ищут способы применения бактерий. Возможно, их даже приспособят для расщепления пластиковых отходов.

Мы бы погибли без кишечных бактерий

До недавнего времени люди плохо понимали (и до сих пор проведено мало исследований), что естественные бактерии, которые проживают в нашем кишечнике, работают с нашей иммунной системой, чтобы вытеснять патогены, производить витамин K, стимулировать перистальтику и даже переваривать нашу пищу. Без этих бактерий мы бы не смогли выполнять ни одну из этих функций и, вероятно, погибли.

Чем больше мы узнаем о полезных штаммах бактерий кишечника, тем больше мы можем включить эти знания в здоровый образ жизни. После того как было установлено, что некоторые кишечные бактерии могут играть определенную роль в ожирении, особую популярность приобрели пробиотики. Пробиотики — это бактерии, которые заменяют ферментированные пищевых продукты и в настоящее время продаются в виде добавок. Бактерии типа некоторых видов бифидобактерий могут создавать высококислотную среду, в которой менее полезные микроорганизмы выжить не могут. Жирная пища и стресс также могут играть роль в здоровье нашей желудочной флоры, убивая полезные бактерии и давая развернуться вредным бактериям, которые вызывают газы, вздутие живота и синдром повышенной кишечной проницаемости.

Бактерии кожи могут быть на передовой иммунитета

В тот момент, когда вы вышли из чрева матери, вы попали под обстрел. Они устроили засаду и в считанные минуты колонизировали каждый сантиметр вашей кожи. В принципе, они и сейчас с вами. Это прокариоты и другие бактерии, и если бы не эволюция, которая протекала миллионы лет плечом к плечу с этими микроорганизмами, вы были бы мертвы вскоре после рождения.

Одной из наиболее распространенных бактерий кожи является Staphlococcus epidermis. Известно, что она играет важную роль в борьбе с Leishmania major, причиной опасной болезни под названием лейшманиоз, которая рождает незаживающие язвы. Хорошая бактерия вызывает иммунный ответ под названием IL-1, который тело не может производить самостоятельно. Эти стафилококки стали обязательной частью нашего существования.

Прокариоты, которые населяют пищеварительный тракт, также охватывают и всю наружную поверхность на коже. Наряду с остальной частью нашей полезной микрофлоры кожи, они стали частью нас, когда конкурировали с менее доброжелательными микроорганизмами за право жить. Наряду с иммунными клетками нашей кожи, они защищают нас от болезнетворных бактерий и патогенных грибов, которые хотят в нас жить. Это позволяет нашим органам тратить меньше энергии, защищая наш экстерьер, и больше сосредоточиваться на вещах типа борьбы с вирусами и предраковыми клетками.

Хотя нам еще многому нужно поучиться у них и больше узнать об этих полезных бактериях, в будущем бактерии кожи будут использоваться целенаправленно.

Жизни не было бы без цианобактерий

Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, являются, возможно, самым старым еще живым видом на Земле. Ее окаменелости датируются 3,5 миллиардами лет. Это одноклеточные бактерии, которые растут в колониях, и если бы их не было, не было бы и нас, и ни одной другой формы жизни.

Цианобактерии были первыми фотосинтезаторами в мире. Они использовали энергию солнца вместе с химическими веществами в первых океанах и инертный азот в атмосфере для пропитания. В качестве продукта отходов они производили кислород, который был ядом практически для любой другой формы жизни в то время. В течение примерно 300 миллионов лет все эти кислородные отходы образовали атмосферу, какой мы ее знаем, в течение архейских и протерозойских эр.

Иногда, в течение протерозоя или в начале кембрийского периода, эти бактерии формировали симбиотические отношения с некоторыми клетками эукаритот, давая клеткам пищу в обмен на стабильные условия, которые можно было назвать домом. Это были первые растения. Невероятное событие эндосимбиоза до сих пор считается одним из важнейших в становлении первой жизни.

По материалам listverse.com