Бактерии и вирусы в чем главные отличия

В вашей ДНК спрятаны остатки древних вирусов. Настоящих, доисторических. Один такой ученые даже восстановили и оживили в пробирке.

Чтобы разобраться во всем этом микромире, нужно четко разделить два понятия, которые вечно путают: бактерия и вирус. Разница между ними колоссальная.

Микро-зверек против зомби-флешки

Бактерия — это полноценная живая клетка. У нее есть оболочка, цитоплазма, собственная ДНК, рибосомы (крошечные станки для сборки белка) и свой обмен веществ. Многие бактерии прекрасно живут сами по себе, им нужно только найти, чем поживиться. Самодостаточный микро-зверек. Правда, есть и нахлебники, которые без чужой клетки не выживут, но их меньшинство.

Вирус устроен иначе. Клетки у него нет вообще. В самом простом виде это просто обрывок генетической инструкции (ДНК или РНК), упакованный в белковый чехол-капсид. У многих есть еще жировая оболочка и пара собственных ферментов. Но клетки, рибосом и обмена веществ нет.

Вне чужой клетки вирус не ест, не растет и не размножается.

Он просто лежит. Как флешка, забытая в ящике стола: сама по себе это просто кусок пластика, пока ее куда-нибудь не воткнешь.

Обитатели капли воды под микроскопом

Отсюда и огромная разница в размерах. Кто меньше — вирус или бактерия? Конечно, вирус, и с большим отрывом. Бактерии измеряют микрометрами, вирусы — нанометрами:

• бактерия обычно 0,5–5 микрометров (микрометр — это тысячная доля миллиметра),

• вирус чаще 20–300 нанометров.

То есть вирус бывает меньше в десятки раз. Чтобы было нагляднее: по ширине одного человеческого волоса можно мысленно уложить пару тысяч риновирусов — тех самых, что вызывают насморк. Именно поэтому вирусы открыли так поздно: они десятилетиями проскальзывали через фильтры, которые задерживали всю остальную заразу.

Но природа любит ломать аккуратные схемы.

Так вирус живой или нет?

Ученые спорят об этом до сих пор. Вирус находится на самой границе определения жизни. Внутри клетки он размножается, меняется, эволюционирует — ведет себя как полноценный участник жизни. Снаружи это просто частица с инструкцией внутри, и ничего больше.

Чтобы размножиться, вирус проникает в живую клетку и перепрограммирует ее под себя. Дальше клетка по чужим чертежам штампует копии захватчика сотнями и тысячами, пока не лопнет. Вот в чем разница: бактерии размножаются сами, вирусы — всегда чужими руками.

А чтобы запутать всех окончательно, природа создала мимивирусы — вирусы-гиганты размером с мелкую бактерию, до 0,7 микрометра. Когда такого впервые нашли внутри амебы, его приняли за бактерию. И генов у него больше, чем у некоторых сильно упрощенных бактерий-паразитов. Граница между живым и неживым в микромире, мягко говоря, размытая.

Кстати, для полной честности: кроме бактерий и вирусов есть еще археи — клеточные микробы, внешне похожие на бактерий, но эволюционно это совсем отдельная ветвь. Так что миров на самом деле больше двух.

Бактерии: первые хозяева Земли

Микробная жизнь появилась больше 3,5 миллиарда лет назад — задолго до динозавров, рыб и мха. Миллиарды лет планетой правили одни микробы. А заодно они сделали нам бесценный подарок — кислород: цианобактерии освоили фотосинтез и за геологические эпохи переписали состав всей атмосферы. Так что за каждый вдох благодарите микробов.

Thiomargarita namibiensis

Бывают бактерии и настоящими гигантами по своим меркам. Thiomargarita namibiensis размером в три четверти миллиметра видна невооруженным глазом: на нее можно просто посмотреть, без всякого микроскопа.

А некоторые — настоящие экстремалы. Есть бактерии и споры, которым нипочем такая радиация, сухость, холод или вакуум, от которых большинство животных погибло бы на месте.

И вот что важно: большинство бактерий нам не враги. Тот самый запах земли после дождя — их рук дело, точнее, вещество геосмин, которое выделяют почвенные бактерии вроде стрептомицетов. Йогурт, сыр, квашеная капуста — тоже их работа. А триллионы бактерий в кишечнике помогают переваривать еду и даже синтезируют витамины. Полезные бактерии — не миф, а ваши тихие сожители.

Но бактерия умеет и навредить. И вот тут многие путаются чаще всего, особенно когда речь заходит про антибиотики.

Почему антибиотик не действует на вирус

Каждую зиму повторяется одна и та же сцена: человек подхватил простуду и мчит в аптеку за антибиотиком. Деньги на ветер.

Почему антибиотики не работают против вирусов? Все просто.

Антибиотик — это снайпер, заточенный под бактерий. Один разрушает бактериальную клеточную стенку, другой бьет по бактериальным рибосомам, третий мешает копировать ДНК. Но все они целятся в детали, которые есть только у бактерий.

У вируса этого хозяйства нет. Ни стенки, ни рибосом, ни обмена веществ — стрелять просто не во что. Вирус к тому же прячется внутри ваших же клеток и использует их инструменты, так что антибиотику до него не добраться без вреда для самого человека.

Антибиотик при гриппе — это как глушить телевизор пультом от ворот. Кнопки жмешь, а толку ноль.

Важная оговорка: иногда антибиотик при вирусной болезни все-таки нужен — но не против самого вируса, а если на его фоне развилось бактериальное осложнение вроде пневмонии или отита. Решает это врач, а не полка в аптеке. Сам по себе лишний антибиотик только уничтожает ваши полезные бактерии и приучает вредные не бояться лекарств.

Кстати, об устойчивости. Бактерии умеют делиться не только пополам, но и генами — будто перекидывают друг другу файлы по флешке. Крошечные колечки ДНК, плазмиды, перепрыгивают от бактерии к бактерии и разносят устойчивость к лекарствам куда быстрее, чем хотелось бы врачам.

Так кто же тогда охотится на сами вирусы? Иногда — другие вирусы.

Самый массовый хищник планеты

Знакомьтесь: бактериофаги. По-гречески это означает «пожиратели бактерий», и название честное: их мишень — бактерии, человеческие клетки они не трогают.

Выглядит фаг как крошечный лунный модуль: голова с генами и паучьи ножки, которыми он цепляется за жертву и впрыскивает внутрь свой код. Дальше — знакомая история: бактерия превращается в фабрику новых фагов и погибает.

Фагов на Земле около 10³¹.

Вирусы — самые массовые биологические объекты на Земле (если слово «существа» кажется слишком смелым, пусть остаются «объектами»). Каждый день они уничтожают огромную часть всех бактерий в океане. Заодно работают санитарами: разрывают клетки и возвращают питательные вещества обратно в воду, в круговорот жизни.

Фаготерапию придумали еще до антибиотиков. В СССР, особенно в Грузии, ее не забросили даже когда весь Запад переключился на пенициллин. Сейчас, когда бактерии все чаще становятся устойчивыми к лекарствам, на старый метод снова обратили внимание. Фаг действует точечно — бьет по одному конкретному виду бактерий, а остальные не трогает.

Но и у бактерий есть защита от вирусов.

У бактерий есть своя «иммунная память»

Бактерия умеет запоминать вирусы «в лицо». Механизм называется CRISPR. После атаки фага бактерия вырезает кусочек его генома и вшивает в собственную ДНК — как фоторобот в картотеку. В следующий раз она узнает врага мгновенно и режет его на части.

Люди подсмотрели этот бактериальный трюк и превратили его в самый точный инструмент для редактирования генов на планете. За него, кстати, дали Нобелевскую премию. Так что в основе будущей генной медицины лежит древняя война бактерий и вирусов.

Память о вирусах есть и у нас. И работает она очень избирательно.

Почему гриппом болеешь каждый год, а ветрянкой — один раз

Логичный вопрос: одни болезни цепляешь раз в жизни, а другие — каждую зиму?

Дело в постоянстве врага и силе иммунной памяти. Корь и ветрянка оставляют мощный долгий след — повторно ими болеют редко. А грипп мастерски маскируется. Каждый год он меняет белки на своей оболочке, будто надевает новое пальто. Прошлогодние антитела его уже не узнают — и здравствуй, новый сезон. Поэтому вакцину от гриппа пересобирают каждый год, а защита от кори после полного курса (обычно две прививки) держится десятилетиями.

Но «один раз и навсегда» — бытовое упрощение. Вирус ветрянки после болезни не уходит совсем. Он затаивается в нервных узлах и спустя годы может вернуться уже как опоясывающий лишай. Микромир умеет играть вдолгую.

Один раунд человечество все же выиграло вчистую — стерло с лица земли натуральную оспу. Помогла не только стойкая вакцина. У вируса не нашлось лазейки в животных, болезнь легко распознавали, а международная кампания научилась быстро находить и гасить вспышки. Один из немногих случаев, когда мы вышли из схватки с микромиром чистым победителем.

Часть вас — это вирус

Около 8% человеческого генома — следы древних эндогенных ретровирусов. Не думайте, что внутри вас дремлют боеспособные вирусы: это в основном сломанные, обезвреженные обрывки, застрявшие в нашей ДНК миллионы лет назад.

Но кое-что из этого наследства мы приручили. В 2006 году ученые собрали из таких обломков «усредненный» геном ретровируса возрастом около пяти миллионов лет — и проверили, что выйдет. «Феникс», как его назвали, не задышал (вирусы не дышат), но оказался вполне дееспособен: заражал клетки в пробирке и плодил новые копии, пусть и слабенько. Человечество по сути воскресило ископаемое из собственного генома.

А теперь подойдите к зеркалу.

В теле — десятки триллионов бактерий.

В генах — обломки вирусов старше самого человечества.

Граница между «нами» и «ними» оказалась куда тоньше, чем хотелось бы.

Кое-какие вирусные гены мы не просто терпим — мы на них держимся. Самый известный пример — синцитин, белок вирусного происхождения, который помогает клеткам плаценты сливаться в живой слой между матерью и ребенком. Без этого наследства беременность у млекопитающих выглядела бы совсем иначе.

А предки наших митохондрий — крошечных «электростанций» внутри каждой клетки — когда-то были обычными бактериями. Миллиарды лет назад они поселились внутри чужой клетки да так и остались, превратившись из самостоятельных микробов в часть нас. Без них вы не прочли бы и строчки этого текста.

Мы не победили микромир. Мы с ним договорились — за миллиарды лет проб, ошибок и перемирий.

И все, что вы такое, — итог самого долгого мирного договора в истории планеты.