У гигантских вирусов нашли бактериальную «иммунную систему»

Все новости ›

От собственных паразитов мимивирусы защищаются с помощью молекулярно-генетической системы, которую, вероятно, некогда позаимствовали у бактерий.

Вирусы настолько своеобразны по своей природе, что до сих пор биологи спорят, считать ли их живыми: сами по себе они представляют собой лишь молекулярный комплекс из белков, нуклеиновых кислот и – иногда – липидов, у них нет обмена веществ, а для размножения вирусам нужно попасть в чью-нибудь клетку.Да и попав внутрь бактерии или эукариотической клетки, они используют хозяйские молекулярные машины, чтобы наделать собственных копий.

Мимивирус под электронным микроскопом. (Фото AJC ajcann.wordpress.com / Flickr.com.)
Мимивирус под электронным микроскопом. (Фото kylepounds2001 / Flickr.com.)

Геном у вирусов очень маленький  – естественно, ведь они в буквальном смысле приходят на всё готовое, когда заражают клетку. Их происхождение и эволюция остаётся загадкой. Кто-то полагает, что они не имеют никакого отношения к живым организмам, что это просто взбесившиеся молекулярные комплексы, которые либо существовали на заре жизни, либо вырвались на волю из уже сформировавшихся клеток, кто-то считает, что их вполне можно включить в древо жизни, что они берут своё начало от последнего общего предка всего живого на Земле, и что первые из вирусов обладали гораздо более сложным строением, чем их современные потомки.

Страсти вокруг вирусов разгорелись с новой силой, когда были обнаружены гигантские вирусы – мимивирусы, мегавирусы, пандоравирусы и пифовирусы. Исторически первым из них был мимивирус, найденный в амёбах, и он же потом оказался по размеру самым небольшим из «гигантов». Однако по сравнению с другими вирусами он весьма и весьма велик: мимивирусная частица в диаметре достигает микрометра, и чтобы её увидеть, достаточно светового микроскопа.

Мимивирусы сходны с некоторыми обычными вирусами – в частности, с вирусом оспы – однако в мимивирусных генах закодированы ферменты, необходимые для синтеза аминокислот и нуклеотидных оснований ДНК, и ещё ряд сложных белков. Размером генома мимивирусы превосходят не только обычных вирусов, но и некоторых бактерий.

Но и это оказалось не всё – у гигантских вирусов обнаружились собственные вирусы-паразиты, так называемые вирофаги. Они размножаются в тех же клетках, что и большие вирусы, геном вирофага кодирует некоторые белки, необходимые для копирования наследственной молекулы, но при том вирофаг использует в некоторых молекулярных процессах белки вируса-хозяина.

Известно, что разные вирофаги предпочитают разных «гигантов», например, вирофаг Замилон поражает семейство Mimiviridae (то есть мимивирусов). И вот Бернару Ла Скола (Bernard La Scola) и Дидье Раулю (Didier Raoult) из института INSERM, которые в 2014 году открыли вирофага Замилон, пришло в голову, что у мимивирусов вполне может существовать система защиты от паразита. Действительно, оказалось, что такая «вирусная антивирусная» защита есть, и что она очень похожа на аналогичную систему у бактерий, называемую CRISPR.

Молекулярно-генетическую систему CRISPR/Cas часто называют бактериальным иммунитетом, потому что с её помощью бактерия может запоминать информацию о вирусах и использовать её для защиты от будущих инфекций. Работает она так: в бактериальной хромосоме есть участок CRISPR, сокращённо от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – «короткие палиндромные повторы в ДНК, регулярно расположенные группами».

Повторы перемежаются другими последовательностями, которые вставлены в хромосому из генома вирусов-бактериофагов. Это и есть бактериальная «иммунная память». Когда в клетке появляется чужеродная ДНК, бактерия снимает РНК-копию с записанной последовательности и сравнивает её с пришельцем. Если совпадение есть, значит, чужую ДНК нужно разрушить.

Разумеется, вся процедура осуществляется с помощью специальных белковых комплексов – Cas-ферментов. (Особый интерес к системе CRISPR/Cas возник у биотехнологов, когда выяснилось, что с помощью белков Cas можно сравнительно легко редактировать геном, ну а совсем большой шум по поводу CRISPR/Cas поднялся в прошлом году, когда китайские исследователи отредактировали геном человеческому эмбриону.)

Но вернёмся к мимивирусам. Когда Ла Скола, Рауль и их коллеги проанализировали геномы нескольких десятков штаммов мимивирусов, то оказалось, что некоторые последовательности мимивирусной ДНК совпадают с последовательностями их вирофага – то есть это были как бы аналоги CRISPR в бактериальной хромосоме. Те штаммы мимивирусов, у которых такие совпадения были, оказались устойчивы к паразиту.

Кроме того, у мимивирусов нашли гены белков, похожих по функциям на ферменты Cas – они также уничтожали чужеродный генетический материал, совпавший с тем образцом, который был записан в «иммунной памяти». Когда работу таких мимивирусных белков блокировали, вирус не мог сопротивляться атаке вирофага. (На всякий случай уточним, что под атакой тут подразумевается увод молекулярных ресурсов: вирофаг как бы переманивает к себе молекулы, без которых мимивирусу невозможно собрать свои собственные белки.) Результаты экспериментов опубликованы в статье в Nature.

Некоторые компоненты системы CRISPR/Cas есть и у других вирусов, однако непонятно, работает ли она у них или просто лежит мёртвым грузом. Скорее всего, в вирусный геном она попала от бактерий – известно, что вирусы способны прихватывать с собой хозяйские гены.

Как именно работает «вирусный антивирусный иммунитет», схож ли он в этом смысле с обычной, бактериальной антивирусной защитой, или у них есть отличия, покажут дальнейшие исследования – пока же, повторим, мы узнали только то, что некоторые вирусы (мимивирусы) могут эффективно защищаться от вирофагов с помощью бактериоподобной молекулярно-генетической защитной системы. Но, как бы то ни было, эволюционная история вирусов в свете новых данных становится ещё интереснее.

По материалам Nature News.

3 марта 2016

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Читайте также:

Как бактерии отличают свою ДНК от вирусной

Как бактерии отличают свою ДНК от вируснойМолекулярный мусор помогает бактериальной клетке запоминать последовательности из вирусных генов, чтобы впоследствии использовать их для отражения вирусной атаки.

Читать целиком

Случайная статья

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки