Вироиды — гости из параллельного мира РНК?

В начале 1920-х годов фермеры из Нью-Джерси заметили, что их картошечка скукоживается. Листья растений деформировались, и вообще они явно чувствовали себя нехорошо, болезнь ныне известна как «веретеновидность клубней» или «готика». Причина ее оставалась загадкой почти полвека, лишь в 1971 году американский фитопатолог Теодор Динер понял, что ее вызывают крошечные патогены, которые в десятки раз меньше вирусов. Так был описан первый вироид – PSTV (Potato spindle tuber viroid). С тех пор были идентифицированы больше 30 вироидов – они поражают овощные и фруктовые культуры, а также цветы. Во многих случаях остановить вспышку можно лишь уничтожив все растения. Откуда эти гадкие вироиды вообще взялися?

Картофан, пораженный готикой, вызванной вироидом веретеновидности клубней.

Как известно, в основе современной жизни (в большинстве своем) лежат три ингредиента: белки, ДНК и РНК. Многие ученые считают, что до того, как мы пришли к такой жизни, существовала другая – основанная исключительно на РНК. Эта веселая молекула содержит в себе генетическую информацию, а некоторые ее разновидности способны осуществлять химические реакции – в принципе для жизни этого достаточно. ДНК и белки могли появиться позднее. Сторонники этой «гипотезы мира РНК» зачастую полагают, что РНК-жизнь вымерла после появления более продвинутой ДНК-жизни. Но среди них есть и те, кто верит, что кое-что реликтовое осталось и прямо сейчас делит с нами Землю.

В 2014 году в журнале Annual Reviews of Microbiology вышла статья испанских ученых под названием «Вироиды: выжившие представители мира РНК?». Не подумайте, что эта мысль нова, – еще Теодор Динер задавался тем же вопросом. Биолог Рикардо Флорес вместе с коллегами скорее обобщили аргументацию в поддержку мира РНК и вироидов как его граждан, привели характеристики, которые говорят в пользу их древности.

«Очевидно, настало время спросить, как передача информации от ДНК к РНК и белкам вообще возникла. И опять Фрэнсис (Крик, справа. – Прим. ред.) оказался впереди своего времени. В 1968 году он утверждал, что РНК должна была быть первой генетической молекулой, а затем предположил, что, помимо функционирования в качестве матрицы, РНК может действовать как фермент и катализировать собственную саморепликацию». Из пролога Джеймса Уотсона (слева) к первому изданию классической книги Гестеланда и Аткинса «Мир РНК» (1993).

Биология вироидов причудлива и нежна. В отличие от вирусов, которые держат свой генетический материал в белковой оболочке (капсиде), они представляют собой голенькие петельки РНК. Все колечко состоит меньше чем из 400 нуклеотидов – вирус гриппа с его 14 тысячами нуклеотидов на этом фоне предстает мохнатым исполином, а у человека их 3,2 млрд пар – вообще божественное создание, с точки зрения рядового вироида. Тем не менее для репродукции и пары сотен вполне достаточно, главное – проникнуть в растение через ранку от секатора и, используя его ферменты, строгать себе копии на здоровье.

Важно понять, что РНК вироидов не кодирует собственные ферменты для репликации и вообще какие-либо белки, что может свидетельствовать об их происхождении в добелковые времена, «первую эпоху мира РНК», когда еще не существовало рибосом. Вместе с тем она сама обладает каталитической рибозимной активностью – то есть может отщепить саму себя в нужном месте, к примеру, когда почует, что копия уже готова. И это явный признак мира РНК, считают исследователи.

РНК представителей того древнего добелкового мира, по мнению ученых, тоже несла в себе гены и была способна осуществлять химические задачи катализа. То, что вироиды сохранились с древних времен, кажется более логичным, чем идея об их недавнем происхождении, например, от «сбежавших интронов» – незначащих участков мРНК, которые были вырезаны во время сплайсинга и внезапно приобрели способность к репликации. Маловероятно также, что вироиды – это бывшие вирусы, растерявшие свои капсиды, уж слишком непохожи эти две группы зверушек. Изначально предки вироидов были свободноживущими организмами, полагают исследователи, но, когда планету захватила ДНК-жизнь, они превратились в паразитов – стали использовать для размножения клеточные механизмы ДНК-хозяев.

Но если вироиды действительно появились миллиарды лет назад, то наверняка их можно найти не только в окультуренных растениях. Вироиды были открыты только потому, что попортили наш урожай. Если попробовать поискать за пределами сельхозугодий, можно найти много новых видов. Дикие растения могут служить тайным прибежищем для вироидов, откуда они время от времени перескакивают на культуры, вызывая болезни.

В растения вообще вироиды могли попасть вместе с цианобактериями – еще в те времена, когда последние решили поселиться в предках одноклеточных водорослей и превратиться в хлоропласты. Если цианобактерии в древности служили хозяевами для выживших представителей мира РНК, то не станет большим откровением обнаружение вироидов в современных цианобактериях. Вместе с тем это будет важнейшее открытие, которое свяжет салатик на вашем столе с гипотетическими предками всего живого на Земле.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: The New York Times
Научная статья: Annual Reviews of Microbiology (Flores et al., 2014)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем только рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Отряд фагов-самоубийц одолевает CRISPR
Как грибочки стали волшебными
Нейроны в мозге общаются… по-вирусячьи


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение