Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Лизирование водорослей вирусами приводит к появлению характерного запаха океанической воды. Причиной этого запаха является диметилсульфид, который опять-таки никто не связал с действием вируса, но этого не сделал бы и вирусолог. Запах обусловлен не только фагами, которые регулируют выброс СО 2, но и вирусами, находящимися в водорослях, которые влияют на формирование облаков, дождя и известковых скал. Когда человек смотрит прогноз погоды, ему в голову не приходит связать это с вирусами, не говоря уже о гигантских вирусах.

Гигантские вирусы, в частности вирусы хлореллы, любят зеленые водоросли, а EhV отдает предпочтение «известковым» водорослям. Водоросль хлорелла получила свое название от хлорофилла. Эти водоросли помогли Мелвину Кэлвину, чьи лекции я слушала в Калифорнийском университете в Беркли, понять химический механизм фотосинтеза. К своему удивлению, первый вирус хлореллы мы обнаружили в кишечнике женщины, и спросили у нее, любит ли она суши. Ответ был отрицательным. (Более подробно этот вопрос рассматривается в главе 10, см. описание фекальной передачи.)

До недавнего времени не существовало такой научной дисциплины, как вирусология Мирового океана. Обнаружение в Мировом океане астрономического многообразия фагов удивило ученых, однако гигантские вирусы до сих пор широко не признаны. Объясняется это просто: их сложно выявить и они неболезнетворны. Фильтрация – стандартный способ выделения вирусов из клетки-хозяина. Но гигантские вирусы такого же размера, как бактерии, и их невозможно выделить фильтрованием, поэтому и по сей день никто не знает, сколько их. Некоторые исследователи полагают, что их много! Кроме того, одноклеточные организмы, в частности водоросли, даже не считались хозяином вирусов. Это представляется невероятным, если вспомнить, что число ежедневно возникающих новых вирусов водорослей достигает 10 9. Для сравнения: скорость репликации фагов составляет 10 24 инфекций в секунду, а всего на планете 10 30 фагов. По имеющимся оценкам, общее число вирусов 10 31–10 33, а число звезд на небе – 10 25, число песчинок может составлять 10 28 в зависимости от того, как считать!

Эти гигантские вирусы содержат двуспиральные ДНК, и у них примерно 500 000 пар оснований и, соответственно, около 500 генов, находящиеся в икосаэдрических белковых структурах. Они того же размера, что и паразитические бактерии, относящиеся к мелким бактериям. «Настоящие» бактерии, в частности хорошо известный лабораторный штамм E. coli, крупнее и состоят примерно из 5 млн пар оснований. Если сравнивать гигантские вирусы с мелкими бактериями, можно констатировать, что они одного размера. ДНК гигантских вирусов содержат даже редкие чувствительные одноцепочечные ДНК участки, а некоторые их фрагменты не кодируются, то есть в них нет генетической информации для белков, из-за чего они кажутся очень древними, и по оценкам некоторых ученых, этим вирусам 2,7 млрд лет.

Если сравнивать число генов гигантских вирусов с аналогичным показателем у ВИЧ или вируса гриппа, в каждом из которых примерно 10 генов, можно сказать, что они действительно гигантские. Но эти гигантские вирусы все же мельче самых новых гигантских вирусов. Самые крупные новые вирусы в пять раз крупнее и содержат до 2500 генов. Большинство генов гигантских вирусов невозможно найти в базе данных генов, и они практически никак не связаны друг с другом. У двух разных вирусов водорослей по 1000 генов, из которых только 14 являются родственными. И вдруг – целый новый мир генов, сигнальных путей и метаболизм – в общем, жизнь!

Новые гигантские вирусы часто являются вирусами амебы – организма-хозяина, о котором многие вирусологи даже не думали. До недавнего времени эти вирусы были тоже совершенно неизвестны. Когда исследователи искали опасную бактерию Legionella (которая, как биопленка, покрывает изнутри водопроводные трубы; такие бактерии могут распространяться во время принятия душа и вызывать болезнь легионеров), они не заметили гигантские вирусы. В 2003 г. первые гигантские вирусы были описаны как амебные вирусы. В 2008 г. в Париже в воде из стояка водяного охлаждения были обнаружены новые гигантские вирусы. Их назвали «мимивирусы», потому что они подражают бактериям ( мимикрируют) такого же размера! Не нужно их путать с «мини» – мелкими вирусами, поскольку все как раз наоборот. Из-за гигантских размеров их не принимали за вирусы. Гигантские вирусы – это «почти бактерии». Их можно увидеть в оптический микроскоп, что невозможно в отношении ранее обнаруженных вирусов. Вирусологи используют не оптические, а электронные микроскопы. Но гигантские вирусы не воспринимали как бактерии, поскольку они не выявлялись при стандартных для бактерий анализах – тестах на формирование «бляшек». Кроме того, они настолько тяжелые, что при работе с ними в лабораторных условиях уходили на дно чашки для культивирования и не были выявлены бактериологами.

Вскоре после открытия мимивирусов были обнаружены два других гигантских вируса: Megavirus chilensis около побережья Чили и Marseillevirus недалеко от Марселя. Все эти три гигантских вируса известны как амебные вирусы, состоящие из 1 млн пар оснований каждый, что соответствует примерно 1000 белкам. В настоящее время ученые постоянно выявляют новые гигантские вирусы. Генетический материал амебных вирусов отличается от всех известных геномов на Земле. Они очень крупные и с бóльшим количеством генов, чем представляется необходимым: гены самых мелких живых организмов, бактерий mycoplasm ( Mycoplasma genitalium), состоят примерно из 500 000 пар оснований, что примерно соответствует 482 генам или белкам. В начале 2016 г. Крейг Вентер получил первую полностью синтетическую независимо растущую клетку с 473 генами, превзойдя предыдущую попытку по минимализации «почти живого» синтетического организма (состоявшего из 382 генов), чтобы поместить в пустую клетку, которая служила вспомогательным материалом. Многие бактерии, например Chlamydia и Rickettsia или любая из 150 других видов бактерий, по размерам меньше амебных вирусов. Особенно это относится к бактериям, которые превратились во внутриклеточных паразитов и получают поддержку от инфицированной клетки-хозяина. Самая мелкая бактерия – Hodgkinia cicadicola, имеющая 145 000 пар оснований и кодирующая 169 белков. Она прячется в насекомых и защищается там от внешнего воздействия. Это вырожденные и специфические паразиты, которые делегируют свои функции клетке-хозяину. Митохондрии являются бывшими бактериями, и с хлоропластами в растительных клетках такая же история. Оба эти симбиотических организма высокоспециализированы и зависят от клетки-хозяина. По размеру они совершенно не соизмеримы с гигантскими вирусами.