Паразиты. Тайный мир

Циммер Карл

Головка паразита окружена несколькими полостями, в совокупности напоминающими барабан револьвера. Из этих полостей на эритроцит буквально за несколько секунд обрушивается целый вал молекул. Некоторые из них помогают паразиту раздвинуть мембранный скелет и проложить себе путь внутрь клетки. Те же крючки, при помощи которых плазмодий прежде передвигался по стенке сосуда, теперь впиваются в края отверстия и втаскивают паразита внутрь. При этом он выбрасывает наружу очередь из молекул, которые затем соединяются друг с другом и образуют вокруг паразита, проникающего внутрь клетки, защитный покров. Через пятнадцать секунд после начала атаки задний конец плазмодия исчезает в отверстии, а упругая сетка под мембраной эритроцита сжимается вновь, запечатывая проделанное отверстие.

Внутри эритроцита паразит чувствует себя как мышь на зерновом складе. Внутренняя часть любого эритроцита на 95% состоит из гемоглобина. У плазмодия с одной стороны имеется своеобразный

рот — отверстие, которое может распахиваться, а вместе с ним раскрывается внешняя мембрана пищеварительного пузырька — вакуоли. На мгновение внутренность паразита вступает в контакт с содержимым эритроцита. Небольшое количество гемоглобина проникает в распахнутую «пасть», после чего она захлопывается. Гемоглобин оказывается в пищеварительном пузырьке паразита, где у него имеются молекулярные «скальпели», предназначенные как раз для расщепления молекул гемоглобина. Плазмодий делает несколько последовательных «разрезов», постепенно отделяя скрученные концы молекулы и разбирая ее на более мелкие части и захватывая энергию, содержавшуюся в этих связях. Ядром молекулы гемоглобина является сильно заряженное богатое железом соединение, ядовитое для паразита; встроившись в мембрану плазмодия, оно нарушает своим зарядом нормальное прохождение других молекул внутрь и наружу. Но плазмодий «знает», как можно нейтрализовать токсичное сердце любимой еды. Он соединяет некоторые обломки в длинную нейтральную молекулу, известную как гемозоин. Оставшаяся часть соединения подвергается дальнейшему действию энзимов паразита, в результате чего ее заряд уменьшается, и она уже не может проникать через мембрану.

Однако плазмодий живет не одним только гемоглобином. Для построения молекулярных скальпелей ему нужны аминокислоты. Кроме того, те же аминокислоты необходимы ему для размножения — простого деления на шестнадцать новых копий. За два дня уровень метаболизма в зараженной клетке повышается в 350 раз: паразиту нужно строить новые протеины и избавляться от отходов, выработанных за время роста. Если бы плазмодий инфицировал настоящую клетку, он просто воспользовался бы для этого биохимическими возможностями хозяина, но в эритроците ему приходится сооружать всю систему с нуля. Другими словами, плазмодию приходится перестраивать красные кровяные тельца и превращать их в настоящие клетки. Из своего пищеварительного пузырька он выпускает спутанный клубок трубочек, которые достигают внешней мембраны эритроцита. Остается неясным, протыкают ли трубки плазмодия мембрану или проходят сквозь существующие в ней канальцы, но после этой операции инфицированный паразитом эритроцит получает способность всасывать в себя «строительные материалы», необходимые плазмодию для роста.

Поверхность эритроцита оказывается пронизанной канальцами и трубочками и начинает терять эластичность. Это могло бы стать для паразита началом конца: ведь стоит селезенке обнаружить, что клетка изменилась, что она уже не молода и не упруга, и клетка будет уничтожена вместе с угнездившимися внутри паразитами. Поэтому, попадая внутрь эритроцита, плазмодий сразу же высвобождает протеины, которые по трубочкам доставляются к внутренней стороне клеточной мембраны. Эти молекулы относятся к обычному классу протеинов, которые можно обнаружить в любом организме на Земле. Известные как шапероны, они помогают другим протеинам держать форму, сжиматься и расправляться правильным образом даже под действием тепла или кислоты. В данном случае шапероны, похоже, защищают эритроцит от самого паразита. Они помогают клеточному скелету растягиваться и вновь сжиматься, несмотря на помехи паразитных конструкций.

Всего за несколько часов паразит так сильно перестраивает эритроцит, делает его таким жестким, что выдать его за здоровое кровяное тельце уже невозможно. Тогда он направляет к поверхности клетки новую порцию протеинов. Некоторые из них слипаются под мембраной в комочки, в результате чего на ее поверхности появляются бугорки, напоминающие «гусиную кожу». Плазмодий выводит через эти бугорки липкие молекулы, способные зацепиться за рецепторы клеток стенки кровеносного сосуда. Прилипая к стенке сосуда, эритроциты оказываются выведенными из обращения. Вместо того, чтобы незаметно проскользнуть через опасную селезенку, плазмодий просто избегает ее—делает так, чтобы «его» эритроцит больше никогда туда не попал. Теперь инфицированные эритроциты собираются кучками в капиллярах мозга, печени и других органов. Еще день плазмодий делится—до тех пор, пока от эритроцита не остается лишь оболочка, набитая паразитами. Наконец новое поколение паразитов выходит из этой пустой оболочки и отправляется на поиски новых молодых эритроцитов. Позади остается оболочка с комочком использованного гемоглобина.

Клетка, которая некоторое время служила паразитам домом, не похожая больше ни на что в человеческом теле, становится в конце концов просто свалкой для отходов жизнедеятельности паразита.

• • •

Trichirtella — еще один биологический инноватор. В некоторых отношениях

она даже более интересна, чем Plasmodium: это многоклеточное животное, способное жить внутри одной- единственной клетки. Когда этот червь вылупляется из яйца в кишечнике хозяина, он просверливает себе путь сквозь кишечную стенку и отправляется путешествовать по системе кровообращения. Попадая с потоком крови в тончайшие капилляры, он покидает сосуд и пробирается в мышцу. Некоторое время он ползет вдоль длинных мышечных волокон, а затем проникает в одну из составляющих их длинных веретенообразных клеток. В 1840-х гг., когда ученые впервые научились узнавать спрятанные в мускульной ткани цисты трихинеллы, считалось, что ткань вокруг дегенерирована и паразит просто спит внутри, ожидая попадания в окончательного хозяина. Поначалу действительно кажется, что занятая трихинеллой мышечная клетка атрофируется. Протеины, служившие прежде клетке жесткой опорой, постепенно исчезают. Собственная ДНК мускульной клетки теряет способность производить новые протеины, и всего через несколько дней после проникновения червя мышца из прочной и упругой становится гладкой и бесформенной.

Но паразит разрушает клетку только для того, чтобы перестроить ее по собственному проекту. Трихинелла не блокирует гены хозяина — напротив, они начинают копировать сами себя, пока не учетверятся. Но все это изобилие генов теперь подчиняется командам трихинеллы и производит протеины, которые превратят клетку в настоящий дом для паразита. Когда-то ученые думали, что подобными методиками генетического контроля владеют только вирусы, умеющие заставить ДНК хозяина производить копии себя. Теперь же стало ясно, что трихинелла — животное-вирус.

Трихинелла превращает мышечную клетку в своеобразную паразитную плаценту. Делая клетку мягкой и бесформенной, паразит добивается появления на ее поверхности мест для новых рецепторов и всасывания дополнительной пищи. Кроме того, паразит вынуждает ДНК клетки выделять коллаген, из которого вокруг клетки формируется плотная капсула, и заставляет клетку изготовить одну замечательную молекулу, известную как сосудисто-эндотелиальный фактор роста. В нормальных условиях эта молекула посылает кровеносным сосудам сигнал отращивать новые кровеносные русла, что должно способствовать заживлению ран или питанию растущих тканей. Трихинелла подает сигнал в собственных целях: чтобы, используя коллагеновую капсулу в качестве матрицы, соткать вокруг себя настоящую капиллярную сетку. Питательный ток крови, поступающий по сосудам, позволяет паразиту расти и развиваться в облюбованной мышечной клетке, которая стонет и раздувается, пока червь внутри нее раскачивается из стороны в сторону и исследует свой маленький «дом».

Паразиты умеют перестраивать внутреннюю структуру растений не менее эффективно, чем это происходит с животными. Вообще, сама мысль о том, что в растениях тоже могут жить паразиты, кажется неожиданной, но на самом деле растения буквально кишат паразитами. Бактерии и вирусы счастливо живут в растениях, деля жилплощадь с животными, грибами и простейшими. (Трипаносоматиды, близкие родственники паразитов, вызывающих у нас сонную болезнь, могут жить в пальмах.) Растения служат хозяевами даже для других растений, которые пускают корни прямо в хозяина. Паразитические растения приходят в эту жизнь без каких-то умений, необходимых растению для самостоятельной жизни. Так, растение «птичий клюв», живущее на солончаковых пустошах, отчасти является паразитом — ему приходится красть пресную воду у солянок или каких-то других растений, способных избавляться от соли; при этом оно само занимается фотосинтезом и добывает из почвы питательные вещества. Омела может осуществлять фотосинтез, но не способна самостоятельно получать из почвы воду и питательные вещества. Заразиха не способна ни на то, ни на другое.

Существуют также миллионы видов насекомых и других животных, живущих на растениях, но до 1980 г. мало кто из экологов воспринимал их как паразитов. Их считали просто травоядными — эдакими крохотными беспозвоночными козочками. Однако Питер Прайс, эколог из Университета Северной Аризоны, показал, что между этими животными и травоядными существует принципиальная разница. Травоядные для растений — то же, что хищники для своих жертв: это животные, способные поедать множество разных видов. Летучая мышь, кролик или кошка на обед вполне устроит койота. Овца тоже особенно не привередничает; оказавшись на лугу, она с равным удовольствием будет есть клевер, тимофеевку или дикую морковь. Некоторые насекомые, такие как тигровая гусеница, пасутся как овцы, откусывая по кусочку от растений разных видов и двигаясь дальше. Но многие насекомые — по крайней мере на определенной стадии своего развития — ограничены в пище лишь одним видом растений. Гусеница, которая вылупляется из яйца, живет и превращается в куколку на одном-единственном кусте молочая, не слишком отличается от ленточного червя, способного во взрослом состоянии жить только в кишечнике человека. Очень многие растительноядные насекомые также проводят всю жизнь на одном растении, приспосабливая свою жизнь к жизни хозяина.