Вирусы не только представляют собой один из древнейших, если не самый древний тип организмов, но и, безусловно, являются самыми многочисленными организмами на нашей планете[1].

В атмосфере насчитывается примерно 1031 вирусов; в почве — 2,5×1031, а в океанах — 1,2×1030 вирусов. В целом, по оценкам[2]количество вирусов на нашей планете составляет 1032, что делает их, безусловно, самым успешным видом. Это на сто миллиардов больше, чем предполагаемое количество звёзд во Вселенной (1021)[3], что, в свою очередь, существенно превышает количество песчинок на нашей планете[4].

В качестве примера средняя концентрация вирусов в океанах составляет от 106 до 109 на кубический миллиметр[5] в зависимости от научных источников и методов подсчёта[6] [7]. Это означает, что в одной капле[8] океанской воды содержится в среднем от 50 миллионов до 50 миллиардов вирусов.

drop
© Sott.net
Обилие вирусов в морской воде
Обилие вирусов в океане настолько высоко, что они составляют, несмотря на свой ничтожный вес[9], 95%[10] от общей океанической биомассы.

Вирусы также являются самыми разнообразными организмами: на Земле насчитывается около 100 миллионов различных типов вирусов[11]. Для сравнения, на нашей планете насчитывается около 5500 известных видов млекопитающих[12].

virus
© Viral Zone
Краткий перечень вирусов, демонстрирующий их разнообразие по размеру и форме
Вирусы сопровождают бактерии и археи[13] в микробном мире, но превосходят их числом[14] в соотношении до 100 к 1.

Даже воздух насыщен вирусами. Каждую минуту один человек вдыхает от 17 000 до 400 000[15] вирусов. Это число возрастает до 2 миллионов вирусов в минуту, когда человек занимается спортом.

Широкая распространённость вирусов не ограничивается окружающей средой; они также чрезвычайно многочисленны в наших собственных организмах.

Возьмём для примера один из многочисленных типов вирусов: бактериофаги, также известные как бактериальные вирусы, поскольку они заражают бактерии. Организм взрослого человека содержит примерно 1015 бактериофагов[16]. Для сравнения, в организме человека насчитывается около 1013 клеток[17], это в 100 раз меньше, чем количество бактериофагов.

вирус
© iStock
Строение бактериофага
В одном лишь в кишечнике взрослого человека общая популяция бактериофагов[18] оценивается[19]в 1015, что составляет от 108 до 1010 бактериальных вирусов на грамм[20] стула. В статье, опубликованной в 2021 году, было обнаружено, что популяция кишечных вирусов состоит из более чем 142 000 различных видов бактериальных вирусов[21].

Обратите внимание, что эти подсчёты касались исключительно бактериофагов, которые представляют собой лишь часть общей популяции вирусов.

Заметьте также, что это число, хотя и значительное, продолжает расти. Аналогичное исследование, проведённое в 2020 году, выявило лишь 33 000 видов вирусов в кишечнике человека[22]. Такой быстрый рост оценок с разницей всего в один год говорит о том, что реальное число вирусных видов намного превышает эти два показателя.

С начала 20-го века наука продолжает открывать новые виды вирусов человека, и темпы их открытия не ослабевают[23]:

sott
© Woolhouse
Кривая обнаружения человеческих видов вирусов
Число обнаруженных вирусов человека продолжает расти, потому что методы обнаружения в основном основаны на недостаточном количестве клинических наблюдений:
Процесс обнаружения и идентификации вирусов по-прежнему в основном начинается с клинического наблюдения. Однако широко распространено мнение, что о подавляющем большинстве человеческих инфекций практикующим врачам не сообщается, и что для большинства из тех, о которых сообщается, этиологический агент остаётся официально неидентифицированным. Поэтому неудивительно, что мы все ещё открываем новые вирусы, которые могут заражать людей[24].
Лишь крошечная доля вирусов является патогенной — именно эти вирусы отслеживаются и иногда идентифицируются. Но большинство вирусов не являются патогенными и поэтому с большой вероятностью останутся необнаруженными и неидентифицированными.

Исследование, посвящённое вирусной популяции в плазме крови человека, показало концентрацию 107 (10 миллионов) вирионов[25] на миллилитр[26]. В ходе этого подсчёта было случайно обнаружено несколько новых вирусов семейства анелловирусов[27].

Официальное количество вирусов и разнообразие видов вирусов в нашем организме (кишечнике, крови) ошеломляюще высоки и постоянно растут. Кроме того, вирусы присутствуют и в нашей собственной ДНК:
Одной из самых потрясающих работ этого столетия была публикация последовательности генома человека. Около половины, возможно даже, две трети последовательности генома состоят из более или менее полных эндогенных ретровирусов (ЭРВ) и связанных с ними ретроэлементов (РЭ).

Считается, что РЭ произошли от остатков древних ретровирусных зародышевых инфекций, эволюционно закрепившихся в геноме.

450 000 элементов ЭРВ в геноме человека составляют в нём около 8%. Они состоят из таких характерных ретровирусных элементов, как генные области gag, pol, env и боковые длинные концевые повторы, которые выступают в качестве промоторов. Хауард Темин, один из первооткрывателей обратной транскриптазы, ещё в 1985 году описал эндогенные, подобные ретровирусам элементы, которые, по его оценкам, составляют около 10% последовательности генома человека и мыши.

По сегодняшним подсчётам, фактическая цифра составляет около 45%. В некоторых генах, таких как ингибитор протеинкиназы Б, мы обнаружили около 70% связанных с ретровирусами последовательностей. Есть ли этому предел? Может ли их число составлять все 100%?[28]
Распространённость последовательностей, связанных с вирусами (длинные и короткие диспергированные повторы, эндогенные ретровирусы и транспозоны), в геноме человека иллюстрирует приведённая ниже диаграмма:

virus
© Weiss
Доля транспозируемых элементов в геноме человека
Большое количество эндогенных ретровирусов было обнаружено не только в человеческом геноме. Последовательность вирусного генома также составляют около половины генома млекопитающих:
Например, последовательности генома эндогенных ретровирусов охватывают 42,2% генома человека и почти половину генома млекопитающих[29].
В целом, геном человека содержит около полумиллиона вставок вирусных последовательностей[30] наряду с примерно 200 000 копий эндогенных ретровирусов, приобретённых во время по меньшей мере 31[31] заражения[32]. Обратите внимание, что эти подсчёты отражают лишь количество идентифицированных последовательностей вирусного генома и ретровирусов.

Код нашей ДНК буквально состоит из последовательностей вирусного генома. Эта вездесущность усиливается многочисленными копиями одних и тех же вирусных последовательностей, обнаруженных по всему геному человека:
...у людей, учитывая огромное количество сайтов встраивания, включающих от 30 до 50 семейств вирусов и около 200 подгрупп. Если, например, рассмотреть только вариант клона 4-1 семейства HERV-E (группа E эндогенных ретровирусов человека), который был изучен Секигавой в связи с SLE, геном человека содержал 85 копий вируса в различных местах интеграции в разных хромосомах[33].
В мире, который настолько наводнён вирусами, и учитывая распространение жизни на этой планете, становится очевидным, что вирусы вызывают болезни и убивают лишь в редких случаях, и их цель выходит далеко за рамки вирусных заболеваний.

Доказательством того, что вирусы представляют собой нечто большее, чем патогенные агенты, является тот факт, что вирусы эволюционируют в среднем примерно в миллион раз быстрее, чем их хозяева[34]. Как хозяева смогли бы разработать какую-либо эффективную систему защиты от такого постоянно меняющегося "врага"?



[1] Hendrix, Roger W. et al. (1999) "Evolutionary relationships among diverse bacteriophages and prophages: All the world's a phage" PNAS 96 (5) 2192-2197
[2] K. Moelling (2020) "Viruses More Friends than Foes" Electroanalysis 32, 669
[3] Wu, Katherine J. (2020) "There are more viruses than stars in the universe. Why do only some infect us? - More than a quadrillion quadrillion individual viruses exist on Earth, but most are not poised to hop into humans. Can we find the ones that are?" National Geographic Society
[4] Mackie, Glen (2002) "To see the Universe in a Grain of Taranaki Sand". Swinburne University of Technology
[5] 6X10-5 cubic inch
[6] Emiliani, C. (1995). "Evolution--a composite model". Evolutionary Theory Vol.10, No.6, 299-303
[7] от 1012 до 1014 вирусов на кубический дюйм.
[8] Одна капля равна 50 кубическим миллиметрам.
[9] Вес одного вируса составляет примерно 10-18 грамм. См.:
Bahr GF et al. (1976) "Determination of the mass of viruses by quantitative electron microscopy". Q Rev Biophys.;9(4):459-89
[10] Foulsham, George (2011) "10 million viruses in one drop of seawater" UC Santa Barbara
[11] Racaniello, Vincent (2013) "How many viruses on Earth?" Virology Blog
[12] Там же.
[13] Археи — одноклеточные микроорганизмы, по структуре схожие с бактериями. Они эволюционно отличаются от бактерий и эукариотов и образуют третий домен жизни. См.:
Suchodolski, Jan. (2013) "Canine and Feline Gastroenterology", Chapter 2 - Gastrointestinal Microbiota, Pages 32-41. Ed. Robert J. Washabau and Michael J. Day
[14] Joseph, Rhawn (2009) "The Evolution Of Life From Other Planets Part 1". Journal of Cosmology. Vol 1, 100-150
[15] Le Libre Editors (2021) "Combien de virus inhale-t-on chaque minute?'' Le Libre
[16] Łusiak-Szelachowska, M. et al. (2020) "The Presence of Bacteriophages in the Human Body: Good, Bad or Neutral?" Microorganisms, 8(12), 2012
[17] Bianconi E, et al. (2013) "An estimation of the number of cells in the human body". Ann Hum Biol. 40(6):463-71
[18] Расчётная популяция бактериальных вирусов в кишечнике и в организме человека примерно одинакова, поскольку большинство из них находится в кишечнике.
[19] Łusiak-Szelachowska, M. et al. (2020) ''The Presence of Bacteriophages in the Human Body: Good, Bad or Neutral ?'' Microorganisms, 8(12), 2012
[20] Babickova, J et al. (2015) "Pathological and Therapeutic Interactions between Bacteriophages, Microbes and the Host in Inflammatory Bowel Disease" World J. Gastroenterol. 21, 11321 - 11330
[21] Camarillo-Guerror, L. F. et al. (2021) "Massive expansion of human gut bacteriophage diversity". Cell 184, 1098 - 1109.E9
[22] Gregory AC et al. (2020) "The Gut Virome Database Reveals Age-Dependent Patterns of Virome Diversity in the Human Gut". Cell Host Microbe. 28(5):724-740.e8
[23] Woolhouse, Mark et al. (2008) "Temporal trends in the discovery of human viruses". Proceedings. Biological sciences / The Royal Society. 275. 2111-5. 10
[24] Woolhouse MEJ, Adair K. (2013) "The diversity of human RNA viruses" Future Virol. 8(2):159-171
[25] Вирион — это цельная вирусная частица, состоящая из внешней белковой оболочки, называемой "капсидом", и внутреннего ядра из РНК или ДНК.
[26] 0.035 fl
[27] Mya Breitbart, Forest Rohwer (2005) "Method for discovering novel DNA viruses in blood using viral particle selection and shotgun sequencing" BioTechniques 39:5, 729-736
[28] Moelling, K. & Broecker, F. (2019) "Viruses and Evolution - Viruses First? A Personal Perspective" Frontiers in microbiology, 10, 523
[29] Wickramasinghe, Chandra et al. (2013) "Diseases From Space: Astrobiology, Viruses, Microbiology, Meteors, Comets, Evolution" Cosmology Science Publishers
[30] Feschotte, C., Gilbert, C. (2012) "Endogenous viruses: insights into viral evolution and impact on host biology" Nature Review Genetics 13, 283 - 296
[31] Это значение соответствует примерно 20 - 30 вымираниям, которые пережила наша планета. См. главу "Массовые вымирания".
[32] Rhawn, Joseph (2010) "Comets and Contagion: Evolution, Plague, and Diseases From Space" Journal of Cosmology
[33] Ryan, 2013
[34] Wain-Hobson, S. (2008) "Retrovirus evolution". In: Origin and Evolution of Viruses. Academic Press