Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Амебные вирусы захватывают новые гены путем горизонтального переноса генов из внутренней части амебы, где есть и другие бактерии и вирусы, которые амеба обычно поглощает и переваривает в качестве пищи. Существует свободно плавающая ДНК, которую гигантские вирусы включают в свой состав путем горизонтального переноса генов. А ДНК амебы они пренебрегают, и происходит это, вероятно, потому, что ДНК амебы локализуется внутри ядра и ее трудно «достать» из цитоплазмы. В общем геноме вирусов амебы 56% генов получено от эукариотов, 29% – от бактерий, 1% – от архей, 5% – от других вирусов и еще 10% – от неизвестных микроорганизмов. Подобная генетическая сложность указывает на то, что гигантские вирусы взаимодействуют с окружающей средой и претерпевают серьезные генные изменения. Один из гигантских вирусов, Marseillevirus, содержит химерный РНК–ДНК-геном, который сам по себе очень необычен. Являются ли некоторые РНК остаточным продуктом эволюции к ДНК? Эти вирусы никак не вписываются в представление о вирусах.

Есть и еще один сюрприз. Гигантские вирусы содержат гены, необходимые для синтеза белков. Синтез белков считается самой важной привилегией живых клеток и совершенно недоступен для вирусов. Поэтому открытие гигантских вирусов, содержащих компоненты, необходимые для синтеза белка, полностью меняет наши сформировавшиеся ранее представления о мире вирусов. Эти вирусы не обладают всем комплектом компонентов для синтеза белков, и в этом смысле они дефектны, но даже если и так! Не остановились ли они на середине эволюционного пути превращения в живые микроорганизмы, например бактерии?

У некоторых мимивирусов есть странные «короны из волосков», с помощью которых они контактируют с клеткой-хозяином. Это настоящие волокна, состоящие из коллагена, в силу чего гигантские вирусы кажутся еще крупнее. Столь большие «удлинения» заставляют задуматься об их предназначении – для захвата или для защиты? Мимивирусы имеют икосаэдральную ядерную структуру, при этом длина ядра в поперечнике составляет 500 нм, а толщина волокна примерно 140 нм. Коллагеновые «волоски» напоминают нашу соединительную ткань (а не волосы). У вируса почти всегда есть молекулы поверхностного слоя, используемые для распознавания клетки-хозяина, связывания с ними и проникновения в такие специализированные клетки. Похоже, что при помощи этих «волосков» гигантские вирусы раздражают клетку-хозяина, чтобы проникнуть в нее. Видимо, на ранних этапах эволюции не существовало сложных рецепторов. Прикосновение к клетке-хозяину или ее раздражение – простой вариант по сравнению с высокоспециализированными стыковочными сайтами, с помощью которых ВИЧ обычно проникает в лимфоциты, имитируя лиганды рецепторов клетки-хозяина. Гигантские вирусы, похоже, ограничиваются лишь простым механическим раздражением клетки-хозяина.

В 2014 г. во влажных лесах Амазонки ученые открыли новый вирус (как будто это событие было специально приурочено к чемпионату мира по футболу). Он называется Samba и тоже имеет длинные, торчащие во все стороны «волоски». Похоже, что в скором времени все это множество новых вирусов перестанет вызывать удивление. Клетки-хозяева, а именно клетки амебы, видимо, древние. Они поглощают другие вирусы, в частности вирусы герпеса, «одним глотком» и переваривают их. Чтобы их не съели, гигантские вирусы обманывают амебы, поскольку их можно захватить без того, чтобы съесть. Внутри амеб они перемещаются в вакуолях и сливаются с вакуолями мембран – это безопасное место, где гигантские вирусы могут даже реплицироваться. Репликация осуществляется в отдельной полости, на отдельной фабрике, не зависящей от клеточного ядра и предназначенной быть «фабрикой по производству вируса». По мере увеличения числа произведенных вирусов размер такой «фабрики» растет. Затем вирусное потомство секретируется вне пространства «фабрики».

В лабораторных условиях был проведен эксперимент по переносу гигантских вирусов из одного поколения амеб в другое в общей сложности 150 раз. После всех переносов гигантские вирусы существенно изменились – они лишись части генов. Кроме того, они лишились своих «волосков», наличие которых в условиях редукционной эволюции, видимо, не имело принципиального значения. Потеря гигантскими вирусами генов в чашке для культивирования была явлением поразительным. Этот вопрос будет рассматриваться в заключительной главе, поскольку потеря генов может привести к тому, что в вирусе их вообще не останется, если за счет достаточно богатой среды удовлетворяются минимальные потребности вируса. Моделирование эволюции в реакционных сосудах стало одним из наиболее предпочтительных экспериментов, проводимых в лабораторных условиях, хотя для его проведения требуется много терпения.

У гигантских вирусов есть еще одно удивительное свойство. Да, так и есть: это вирусы вирусов. Гигантские вирусы могут инфицироваться другими вирусами и обеспечивают такие же условия для их репликации, как реальный хозяин. Это исключительное свойство гигантских вирусов. Обычно вирусы инфицируют клетки, однако эти гигантские вирусы могут служить клетками для других вирусов, что, в свою очередь, делает гигантские вирусы более похожими на клетки. Гигантские вирусы – это «почти клетки». Вирусы вирусов называют «вирофаги» по аналогии с бактериофагами, вирусами бактерий. Их называют Sputnik («Спутник») или Ма-вирофагами. Последнее определение – это сокращение от вирусов Maverick, разрушительных компьютерных вирусов. Sputnik и Ма-вирофаги в плане своей репликации зависят от гигантских вирусов. У них примерно 20 генов и около 20 000 пар оснований и только три гена, полученных от гигантского вируса. Это достаточно мелкий, но мощный вирус, поскольку он уничтожает своего вирусного хозяина. Sputnik захватывает «фабрику по производству вирусов», где происходит размножение гигантских вирусов, реплицирует собственное потомство за счет гигантского вируса и даже забирает белки хозяина для собственного воспроизводства. В этом процессе погибают в 20 раз более крупные мимивирусы. Так вот, в данном случае один вирус является хозяином другого вируса, который становится не вирусом-хелпером (помощником), а, скорее, похож на губительный компьютерный вирус. Это довольно необычно.

Ма-вирофаги инфицируют еще один вид гигантских вирусов, который называется Cafeteria roenbergensis (CroV). Надо же, какое название! Вирус назван не в честь открывшего его ученого, а носит имя кафе в датском городе Ренбьерг. Информацию по этому вирусу получить было довольно сложно, пока я не позвонила специалисту по вирофагам Маттиасу Фишеру из Гейдельберга. Cro – одноклеточный жгутиковый организм (микрофлагеллат), эукариот, питающийся бактериями, но непохожий на амеб или водоросли. Он широко распространен в Мировом океане и может существовать на больших глубинах. Его гигантский вирус CroV, вызывает разрушение жгутиков, регулируя таким образом плотность их популяции. CroV – вирус, носящий название кафе, в настоящее время исследуется Матиасом Фишером, бывшим студентом Кёртиса Саттла. Этот вирус состоит из 730 000 пар оснований и 544 генов, полученных от бактерий, эукариотов и ДНК фагов. Крейг Вентер собрал образцы этого вируса, содержащие вирофаг Ма (и вовсе не рядом с кафе). Завершив секвенирование генома человека, Вентер совместил исследовательскую деятельность с увлечением мореплаванием. Когда его судно находилось в Саргассовом море [14] Море без берегов, район круговорота вод в Атлантическом океане, ограниченный течениями. (Атлантический океан), Вентер собрал образцы воды и передал их другим исследователям для проведения секвенирования и анализа. Сейчас обработкой этих данных занимается несколько специалистов по биоинформатике. Нам открывается мир геномов, в котором большинство генов и путей метаболизма неизвестны. Жизнь на дне океана очень отличается от нашей жизни. И это удивительно.