Метагеномный анализ показал, что вирусные сообщества в окружающей среде невероятно разнообразны. По некоторым оценкам, существует около 5000 вирусных генотипов в 200 литрах морской воды и, возможно, миллион различных вирусных генотипов в одном килограмме морских отложений. Напротив, некоторые исследования в области культивирования и молекулярные исследования показали, что вирусы перемещаются между разными биомами. Вместе эти результаты предполагают, что вирусное разнообразие может быть высоким в локальном масштабе, но относительно ограниченным в глобальном масштабе.
Вирусы повсеместные спутники клеточных форм жизни: похоже, что каждый изученный клеточный организм имеет свои собственные вирусы или, по крайней мере, вирусоподобные эгоистичные генетические элементы. Вирусы активно перемещаются между биомами и считаются основными агентами эволюции в силу своей способности действовать как носители горизонтального переноса генов (HGT)30.
Вирусы могут быть эндогенными или экзогенными. Эндогенизация ретровирусов началась в геномах млекопитающих как минимум 550 млн лет назад и продолжается до настоящего времени.
Коалы в Австралии в настоящее время подвергаются эндогенизации ретровирусом (ретровирус коалы, KoRV) в «реальном времени» и демонстрируют возможные последствия для иммунитета. В начале 1900-х годов некоторые особи были переселены на острова, в том числе на остров Кенгуру, расположенный недалеко от материковой части Австралии, в целях восстановления популяции, поскольку коалам угрожало вымирание. Сегодня бóльшая часть популяции коал инфицирована ретровирусом коалы KoRV, который тесно связан с вирусом лейкемии гиббоновых обезьян (GaLV). Тем не менее, у коал, изолированных на острове Кенгуру, отрицательный показатель KoRV, это позволяет предположить, что KoRV появился в популяции коал примерно сто лет назад. Многие зараженные коалы заболели и умерли, но некоторые популяции выработали устойчивость на протяжении около 100 лет, что соответствует примерно 10 поколениям.
Коалы, вероятно, приобрели устойчивость из-за интегрированных провирусов ДНК. Ретровирус передается как экзогенный, так и как эндогенный вирус, при этом эндогенизированные вирусы защищают продукт вирусного гена от инфекций de novo с помощью «исключения суперинфекции».
Вирусы защищают от вирусов: ретровирусы защищают клетку от новой инфекции аналогичным вирусом, обозначенным как «исключение суперинфекции» или вирусное вмешательство. Это опосредуется продуктами вирусных генов, такими как белки или нуклеиновые кислоты. Точно так же бактериофаги защищают от бактериофагов: суперинфекцию бактерий предотвращает CRISPR/Cas РНК, которая, в свою очередь, происходит от предыдущих инфекций. Механизмы защиты от вирусов и бактериофагов аналогичны. Защита вирусов или бактериофагов от суперинфекций представляет собой клеточную защиту и приобретенный иммунитет.
Лишь небольшая часть вирусов являются патогенами; большинство из них не вызывают заболеваний. Напротив, они наиболее важны как движущие силы эволюции, как передатчики генетического материала, как инновационные агенты. В частности, наиболее инновационными являются РНК-вирусы. Некоторые из них патогенные и опасные, например, ВИЧ или вирус гриппа, либо вироиды в растениях. РНК-вирусы способны меняться настолько быстро, что иммунная система хозяина неспособна противодействовать инфекции. Патогенность возникает при изменении условий окружающей среды, например, когда вирус попадает в новый организм или вид31.
Аденовирусы (Ad) были впервые обнаружены в 1953 году, их выделили из культур аденоидных тканей человека. С тех пор было выделено и охарактеризовано более 50 различных серотипов аденовирусов человека, и было показано, что семейство Adenoviridae состоит из множества нечеловеческих серотипов различных видов млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и даже рыб.
Аденовирусы были одной из первых разработанных векторных систем. Использование аденовирусов для экспрессии чужеродных генов (трансгенов) было скорее открытием, чем преднамеренной разработкой. Со времени этого первого открытия разработка аденовирусных векторов существенно продвинулась. Большая часть ранних разработок была сосредоточена на «векторизации», полученной из серотипа 5 (Ad5) и серотипа 2 (Ad2) человека.32 Ad-векторы широко используются в клинической генной терапии. Около половины, возможно, даже две трети последовательности человеческого генома состоят из более или менее полных эндогенных ретровирусов и связанных ретроэлементов.