Die Pandemie des neuen Coronavirus dauert zwei Monate an. Jeder sieht sich bereits als Experte in diesem Thema. Wussten Sie, dass ein Virus nicht abgetötet werden kann? Er lebt nicht, also kann er nur gebrochen, zerstört werden. Das Virus ist kein Wesen, sondern eine Substanz. Gleichzeitig können Viren kommunizieren, kooperieren und sich tarnen.
Das soziale Leben von Viren
Wissenschaftler haben dies erst vor drei Jahren entdeckt. Wie so oft aus Versehen. Ziel der Studie war es zu testen, ob sich Heubakterien gegenseitig auf einen Angriff durch Bakteriophagen aufmerksam machen können, eine spezielle Klasse von Viren, die Bakterien selektiv angreifen. Nach Zugabe der Bakteriophagen zu den Heubazillenröhrchen zeichneten die Forscher die Signale in einer unbekannten molekularen Sprache auf. Aber die "Verhandlungen" darüber waren überhaupt keine Bakterien, sondern Viren.
Es stellte sich heraus, dass Viren nach dem Eindringen in Bakterien gezwungen waren, spezielle Peptide zu synthetisieren und an benachbarte Zellen zu senden. Diese kurzen Proteinmoleküle signalisierten dem Rest der Viren den nächsten erfolgreichen Fang. Als die Anzahl der Signalpeptide (und damit eingefangenen Zellen) ein kritisches Niveau erreichte, hörten alle Viren wie auf Befehl auf, sich aktiv zu teilen und lauerten. Ohne dieses irreführende Manöver könnten die Bakterien eine kollektive Zurückweisung organisieren oder vollständig sterben und den Viren die Möglichkeit nehmen, sie weiter zu parasitieren. Die Viren haben eindeutig beschlossen, ihre Opfer einzuschlafen und ihnen Zeit zu geben, sich zu erholen. Das Peptid, das ihnen dabei half, wurde "Arbitrium" ("Entscheidung") genannt.
Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass Viren komplexere Entscheidungen treffen können. Sie können sich während eines Angriffs auf die Immunabwehr einer Zelle opfern, um den Erfolg der zweiten oder dritten Welle der Offensive sicherzustellen. Sie sind in der Lage, sich in Transportvesikeln (Vesikeln) koordiniert von Zelle zu Zelle zu bewegen, Genmaterial auszutauschen, sich gegenseitig vor der Immunität zu schützen und mit anderen Stämmen zusammenzuarbeiten, um ihre evolutionären Vorteile zu nutzen.
Die Chancen stehen gut, dass selbst diese erstaunlichen Beispiele nur die Spitze des Eisbergs sind, sagt Lan'in Zeng, Biophysiker an der Universität von Texas. Eine neue Wissenschaft - die Soziovirologie - sollte das latente soziale Leben von Viren untersuchen. Wir sprechen nicht über die Tatsache, dass Viren bei Bewusstsein sind, sagt einer seiner Schöpfer, der Mikrobiologe Sam Diaz-Muñoz. Aber soziale Verbindungen, Kommunikationssprache, kollektive Entscheidungen, Koordinierung von Maßnahmen, gegenseitige Unterstützung und Planung sind Zeichen eines intelligenten Lebens.
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Sind Viren gesund?
Kann etwas, das nicht einmal ein lebender Organismus ist, einen Geist oder ein Bewusstsein haben? Es gibt ein mathematisches Modell, das diese Möglichkeit zulässt. Dies ist die vom italienischen Neurowissenschaftler Giulio Tononi entwickelte Theorie der integrierten Information. Er betrachtet Bewusstsein als das Verhältnis von Quantität und Qualität von Informationen, das durch eine spezielle Maßeinheit bestimmt wird - φ (phi). Die Idee ist, dass zwischen vollständig unbewusster Materie (0 φ) und dem bewussten menschlichen Gehirn (Maximum φ) eine aufsteigende Reihe von Übergangszuständen besteht. Jedes Objekt, das Informationen empfangen, verarbeiten und erzeugen kann, hat einen Mindestpegel von φ. Einschließlich der sicherlich leblosen wie Thermometer oder LED. Da sie wissen, wie man Temperatur und Licht in Daten umwandelt, bedeutet dies, dass "Informationsgehalt" für sie dieselbe grundlegende Eigenschaft ist:als Masse und Ladung für ein Elementarteilchen. In diesem Sinne ist das Virus vielen leblosen Objekten deutlich überlegen, da es selbst ein Träger von (genetischer) Information ist.
Bewusstsein ist eine höhere Ebene der Informationsverarbeitung. Tononi nennt diese Integration. Integrierte Informationen sind etwas, das die einfache Summe der gesammelten Daten qualitativ übertrifft: nicht eine Reihe individueller Merkmale eines Objekts wie Gelb, runde Form und Wärme, sondern ein Bild einer brennenden Lampe, die aus ihnen besteht.
Es ist allgemein anerkannt, dass nur biologische Organismen zu einer solchen Integration fähig sind. Um zu testen, ob sich leblose Objekte anpassen und Erfahrungen sammeln können, entwickelte Tononi zusammen mit einem Team von Neurowissenschaftlern ein Computermodell, das einem Arcade-Spiel für eine Retro-Konsole ähnelt. Die Probanden waren 300 "Animaten" - 12-Bit-Einheiten mit grundlegender künstlicher Intelligenz, Simulation der Sinne und des Bewegungsapparates. Jeder von ihnen erhielt zufällig generierte Anweisungen für die Arbeit an Körperteilen und jeder wurde in ein virtuelles Labyrinth gebracht. Immer wieder wählten und kopierten die Forscher die Animationen, die die beste Koordination zeigten. Die nächste Generation erbte denselben Code von den "Eltern". Seine Größe änderte sich nicht, aber es wurden zufällige digitale "Mutationen" eingeführt, die die Verbindungen zwischen dem "Gehirn" und den "Gliedmaßen" stärken, schwächen oder ergänzen konnten. Infolge dieser natürlichen Selektion stieg nach 60.000 Generationen die Effizienz des Durchgangs des Labyrinths unter den Animaten von 6 auf 95%.
Animate haben einen Vorteil gegenüber Viren: Sie können sich unabhängig voneinander bewegen. Viren müssen sich in Speichel und anderen physiologischen Sekreten auf den Beifahrersitzen von Träger zu Träger bewegen. Sie haben jedoch mehr Chancen, das Niveau von φ zu erhöhen. Wenn auch nur, weil virale Generationen schneller ersetzt werden. In einer lebenden Zelle zwingt das Virus sie, bis zu 10.000 ihrer genetischen Kopien pro Stunde zu produzieren. Es gibt jedoch noch eine weitere Bedingung: Um Informationen in die Bewusstseinsebene zu integrieren, ist ein komplexes System erforderlich.
Wie komplex ist ein Virus? Schauen wir uns das Beispiel des neuen Coronavirus SARS-CoV-2 an, der für die aktuelle Pandemie verantwortlich ist. In seiner Form sieht es aus wie eine gehörnte Seemine. Draußen - eine kugelförmige Lipidschale. Dies sind Fette und fettähnliche Substanzen, die es vor mechanischen, physikalischen und chemischen Schäden schützen müssen. Sie werden durch Seife oder Desinfektionsmittel zerstört. Auf der Hülle befindet sich die Krone, die ihr ihren Namen gegeben hat, dh die wirbelsäulenartigen Prozesse von S-Proteinen, mit deren Hilfe das Virus in die Zelle gelangt. Unter der Hülle befindet sich ein RNA-Molekül: eine kurze Kette mit 29.903 Nukleotiden. (Zum Vergleich: Unsere DNA enthält mehr als drei Milliarden davon.) Eine recht einfache Konstruktion. Ein Virus muss jedoch nicht komplex sein. Die Hauptsache ist, eine Schlüsselkomponente eines komplexen Systems zu werden.
Der Wissenschaftsblogger Philip Bouchard vergleicht Viren mit somalischen Piraten, die einen riesigen Tanker in einem winzigen Boot entführen. Im Wesentlichen ist der Virus jedoch näher an einem leichten Computerprogramm, das von einem Archivierer komprimiert wird. Der Virus benötigt nicht den gesamten Kontrollalgorithmus für die erfasste Zelle. Ein kurzer Code reicht aus, damit das gesamte Zellenbetriebssystem dafür funktioniert. Für diese Aufgabe wird der Code im Verlauf der Evolution ideal optimiert. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Virus in der Zelle nur so weit "wiederbelebt" wird, wie es die Systemressourcen zulassen. In einem einfachen System kann er Stoffwechselprozesse teilen und steuern. In einem Komplex (wie unserem Körper) können zusätzliche Optionen verwendet werden, um beispielsweise ein Niveau der Informationsverarbeitung zu erreichen, das nach Tononis Modell an intelligentes Leben grenzt.
Was wollen Viren?
Aber warum brauchen Viren das überhaupt: sich selbst opfern, sich gegenseitig helfen, den Kommunikationsprozess verbessern? Was ist ihr Zweck, wenn sie keine Lebewesen sind?
Seltsamerweise steht die Antwort in direktem Zusammenhang mit uns. Im Großen und Ganzen ist ein Virus ein Gen. Die Hauptaufgabe eines Gens ist es, sich so weit wie möglich selbst zu kopieren, um sich räumlich und zeitlich zu verbreiten. In diesem Sinne unterscheidet sich das Virus jedoch nicht wesentlich von unseren Genen, die sich auch hauptsächlich mit der Erhaltung und Replikation der darin aufgezeichneten Informationen befassen. In der Tat sind die Ähnlichkeiten noch größer. Wir sind selbst ein bisschen ein Virus. Um etwa 8%. Es gibt so viele virale Gene in unserem Genom. Woher kamen sie von dort?
Es gibt Viren, für die die Einführung einer Wirtszelle in die DNA ein notwendiger Bestandteil des "Lebenszyklus" ist. Dies sind Retroviren, zu denen beispielsweise HIV gehört. Die genetische Information in einem Retrovirus wird in einem RNA-Molekül kodiert. Innerhalb der Zelle beginnt das Virus mit der Erstellung einer DNA-Kopie dieses Moleküls, fügt es dann in unser Genom ein und verwandelt es in einen Förderer für die Zusammenstellung seiner RNAs basierend auf dieser Vorlage. Es kommt jedoch vor, dass die Zelle die Synthese von viraler RNA unterdrückt. Und das in seine DNA eingebettete Virus verliert die Fähigkeit, sich zu teilen. In diesem Fall kann das virale Genom zu einem genetischen Ballast werden, der an neue Zellen weitergegeben wird. Das Alter der ältesten Retroviren, deren „fossile Überreste“in unserem Genom erhalten geblieben sind, liegt zwischen 10 und 50 Millionen Jahren. Im Laufe der Jahre der Evolution haben wir ungefähr 98.000 retrovirale Elemente angesammelt, die einst unsere Vorfahren infizierten. Jetzt bilden sie 30-50 Familien, die in fast 200 Gruppen und Untergruppen unterteilt sind. Nach Berechnungen von Genetikern infizierte das letzte Retrovirus, das es geschafft hat, Teil unserer DNA zu werden, die menschliche Bevölkerung vor etwa 150.000 Jahren. Dann überlebten unsere Vorfahren eine Pandemie.
Was machen Reliktviren jetzt? Einige zeigen sich in keiner Weise. Zumindest scheint es uns so. Andere arbeiten: Schützen Sie den menschlichen Embryo vor Infektionen; stimulieren die Synthese von Antikörpern als Reaktion auf das Auftreten von Fremdmolekülen im Körper. Im Allgemeinen ist die Mission der Viren jedoch viel wichtiger.
Wie Viren mit uns kommunizieren
Mit dem Aufkommen neuer wissenschaftlicher Daten über den Einfluss des Mikrobioms auf unsere Gesundheit wurde uns klar, dass Bakterien nicht nur schädlich, sondern auch nützlich und in vielen Fällen lebenswichtig sind. Der nächste Schritt, schreibt Joshua Lederberg in The History of Infections, sollte darin bestehen, die Gewohnheit der Dämonisierung von Viren zu brechen. Sie bringen uns wirklich oft Krankheit und Tod, aber der Zweck ihrer Existenz ist nicht die Zerstörung des Lebens, sondern die Evolution.
Wie im Beispiel mit Bakteriophagen bedeutet der Tod aller Zellen des Wirtsorganismus normalerweise eine Niederlage für das Virus. Hyperaggressive Stämme, die ihre Wirte zu schnell töten oder immobilisieren, verlieren ihre Fähigkeit, sich frei zu verbreiten und zu Sackgassen der Evolution zu werden. Stattdessen erhalten „freundlichere“Stämme die Möglichkeit, ihre Gene zu vermehren. „Wenn sich Viren in einer neuen Umgebung entwickeln, verursachen sie normalerweise keine ernsthaften Komplikationen mehr. Dies ist gut für den Wirtsorganismus und für das Virus selbst “, sagt der New Yorker Epidemiologe Jonathan Epstein.
Das neue Coronavirus ist so aggressiv, weil es erst kürzlich die Interspezies-Barriere durchbrochen hat. Laut dem Immunbiologen Akiko Iwasaki von der Yale University "verstehen Viren, wenn sie zum ersten Mal in den menschlichen Körper eindringen, nicht, was los ist." Sie sind wie Animationen der ersten Generation in einem virtuellen Labyrinth. Aber wir sind nicht besser. Wenn unser Immunsystem mit einem unbekannten Virus konfrontiert wird, kann es auch außer Kontrolle geraten und auf die Bedrohung mit einem "Zytokinsturm" reagieren - einer unnötig starken Entzündung, die das körpereigene Gewebe zerstört. (Es ist diese Überreaktion der Immunität, die während der spanischen Grippepandemie von 1918 viele Todesfälle verursacht.) Um in Liebe und Harmonie mit den vier menschlichen Coronaviren zu leben, die uns harmlose "Erkältungen" verursachen (OC43, HKU1, NL63 und HCoV-229E), mussten wir passen Sie sich ihnen und ihnen an - uns.
Wir üben einen evolutionären Einfluss aufeinander aus, nicht nur als Umweltfaktoren. Unsere Zellen sind direkt an der Assemblierung und Modifikation viraler RNAs beteiligt. Und Viren stehen in direktem Kontakt mit den Genen ihrer Träger und führen ihren genetischen Code in ihre Zellen ein. Das Virus ist eine der Möglichkeiten, wie unsere Gene mit der Welt kommunizieren. Manchmal führt dieser Dialog zu unerwarteten Ergebnissen.
Die Entstehung der Plazenta - der Struktur, die den Fötus mit dem Körper der Mutter verbindet - ist zu einem Schlüsselmoment in der Entwicklung der Säugetiere geworden. Es ist schwer vorstellbar, dass das für seine Bildung erforderliche Synticin-Protein von einem Gen kodiert wird, das nichts anderes als ein "domestiziertes" Retrovirus ist. In der Antike wurde Synticin von einem Virus verwendet, um die Zellen lebender Organismen zu zerstören.
Die Geschichte unseres Lebens mit Viren wird von einem endlosen Krieg oder einem Wettrüsten gezeichnet, schreibt die Anthropologin Charlotte Bivet. Dieses Epos basiert auf einem Schema: dem Ursprung der Infektion, ihrer Verbreitung über ein globales Netzwerk von Kontakten und infolgedessen ihrer Eindämmung oder Ausrottung. Alle seine Pläne sind mit Tod, Leiden und Angst verbunden. Aber es gibt noch eine andere Geschichte.
Zum Beispiel die Geschichte, wie wir das neuronale Gen Arc erhalten haben. Es ist notwendig für die synaptische Plastizität - die Fähigkeit von Nervenzellen, neue Nervenverbindungen zu bilden und zu fixieren. Eine Maus, bei der dieses Gen deaktiviert ist, kann das Langzeitgedächtnis nicht lernen und bilden: Wenn sie im Labyrinth Käse gefunden hat, wird sie am nächsten Tag den Weg dorthin vergessen.
Um die Ursprünge dieses Gens zu untersuchen, haben Wissenschaftler die von ihm produzierten Proteine isoliert. Es stellte sich heraus, dass sich ihre Moleküle spontan zu Strukturen zusammensetzen, die HIV-viralen Kapsiden ähneln: Proteinhüllen, die die RNA des Virus schützen. Dann werden sie aus dem Neuron in den Transportmembranvesikeln freigesetzt, verschmelzen mit einem anderen Neuron und setzen ihren Inhalt frei. Erinnerungen werden wie eine Virusinfektion übertragen.
Vor 350-400 Millionen Jahren trat ein Retrovirus in den Säugetierorganismus ein, dessen Kontakt zur Bildung von Arc führte. Jetzt hilft dieses virusähnliche Gen unseren Neuronen, höhere mentale Funktionen zu erfüllen. Es kann sein, dass Viren durch Kontakt mit unseren Zellen kein Bewusstsein erlangen. Aber in die entgegengesetzte Richtung funktioniert es. Zumindest hat es einmal funktioniert.
Verfasser: Sergey Pankov
