Бобовый вирус огорошил ученых своей разделенной сущностью

Допустим, вы – вирус. Набор генов в упаковочке. Вы проникаете в живую клетку, исхитряетесь отксерокопировать свои гены на ее копировальных аппаратах, затем эти копии упаковываются такими же наборами в новые белковые оболочки и покидают умирающую клетку, чтобы разнести ваше наследие по миру и приумножить его в других клетках-зараженках. Все гены вируса нужны для воспроизводства и распространения, потеряется один – и дефективный вирус сгинет. Вот почему так важно упаковывать их вместе. Это правило жизни вирусов, если к ним вообще применимо понятие «жизнь».

Но вирус FBNSV (faba bean necrotic stunt virus), заражающий бобовые культуры через укусы тлей, начхать хотел на это правило. Ничтоже сумняшеся он распределяет свои гены на восемь отдельных сегментов, каждый из которых упакован в свой собственный капсид и может размножаться независимо от остальных сегментов, даже если все они находятся в разных клетках. Как показало новое исследование, гены FBNSV, по всей видимости, ни разу не сходятся воедино – вирус по жизни фрагментирован и существует одновременно и частично в разных клетках растения-хозяина! Такая репродуктивная стратегия никогда прежде не встречалась биологам, а вирусологи, в частности, пребывают в полнейшем замешательстве по этому поводу.

Синие клетки боба, подсвеченные разными сегментами вируса FBNSV. Фото: Stéphane Blanc.

Не то чтобы подобные мультипартитные вирусы не были известны ранее – отнюдь нет, их еще в 1940-х открыли, и вообще они составляют добрую пятую часть известных вирусов. Вот только изучены они не слишком хорошо – возможно, из-за того что в подавляющем большинстве своем они заражают растения и грибы и лишь два таких вируса были обнаружены у животных – у комара и бабочки. «Я веду несколько лекционных курсов у вирусологов, и даже аспиранты о них никогда не слышали, – сетует биолог Стефан Бланк из Университета Монпелье (Франция), руководитель исследования. – Эти вирусы встречаются повсеместно, но в основном на растениях, и поэтому всем пофиг».

Вирусологи, которые все-таки о них слышали, всегда полагали, что размножаться они могут только в том случае, если все сегменты их генома оказываются в одной клетке. Чем больше сегментов, тем выше риск утерять один из них и не воспроизвестись: шансы, что все сегменты встретятся в одной хозяйской клетке, становятся ничтожными уже для четырехчастного вирусного генома. А у FBNSV он, кхе-кхе, восьмичастный. «Этот вирус не должен был появиться в процессе эволюции! – дивится Бланк. – Само его существование предполагает, что в концептуальной основе вирусологии имеется некая лажица».

Может быть, этим вирусам для размножения вовсе не обязательно собирать все сегменты в одной клетке? Анна Сикар и Элоди Пироль пометили гены сегментов FBNSV разноцветными светящимися маркерами и посмотрели, будут ли разные цвета встречаться в одних и тех же растительных клетках. Когда выяснилось, что такого почти не происходит, все члены научной группы стали бегать и прыгать по лаборатории в полнейшем возбуждении, вспоминает Бланк. «Но мы также были озабочены, не ошибка ли это, – добавляет ученый. – Понадобилось шесть лет, чтобы подтвердить открытие». Помимо прочего, оказалось, что разные сегменты накапливаются в разных количествах – чего не происходило бы, размножайся все они вместе в одной клетке.

Но как такое возможно? Ведь все гены вируса созависимы: один производит белок, который обеспечивает копирование вирусной ДНК, другой – белок капсида, третий – белок гордости за хорошо проделанную работу и так далее. Если эти гены окажутся в разных клетках, то новая копия ДНК не упакуется в капсид, а капсид не сможет скопировать ДНК – и уж точно вирусу не придется гордиться такими недоделками. Так вот оказывается, хоть гены и заперты в своих клетках, производимые ими белки способны путешествовать между клетками! Белок-копировальщик может проникнуть в соседнюю клетку с капсидным белком и отксерить его ДНК, а капсидный белок приплывет в клетку с белком-копировальщиком и укутает его, смотри не замерзай. Вирус FBNSV похож на предприятие, чьи восемь фабрик располагаются в разных городах, между которыми происходит обмен продукцией с последующей сборкой на местах.

Как вся эта инфраструктура работает, пока не очень понятно. Растительные белки могут мигрировать из клетки в клетку или даже между частями одного растения, и некоторые ученые выдвигали гипотезу о том, что ушлые вирусы могут использовать эти пути для своих нужд. Новая работа наглядно демонстрирует, что такое действительно случается. Быть может, это и обеспечивает процветание мультипартитных вирусов именно в растительных организмах, в то время как трафик белков между животными клетками затруднен, предполагает Бланк.

Геномные формулы вируса FBNSV для боба садового (Vicia faba) и люцерны усеченной (Medicago truncatula). Пояснения ниже в тексте. Иллюстрация: Sicard et al., 2016.

Столь причудливое разрозненное бытие, по мнению биолога, может давать важные преимущества таким вирусам. Его научная группа показала, что частота каждого сегмента генома FBNSV в зараженном растении весьма предсказуема: одни сегменты накапливаются в большем количестве, другие – в меньшем, но относительные пропорции оказываются более-менее постоянными, по крайней мере у растений одного вида. У растений другого вида соотношения могут быть иными, но также вполне предсказуемыми. Бланк использует термин «геномные формулы», подразумевая пропорции вирусных генов, характерные для того или иного вида растений. И эти формулы напоминают ему вариации числа генных копий у сложноустроенных организмов: увеличение числа копий определенных генов усиливает производство их белковых продуктов, что может положительно сказываться на адаптации к условиям среды. В крошечных капсидах вирусов нет места для лишних генных копий, однако мультипартитные хитрецы могут усилить производство особо важных белков путем внедрения сегментов с нужными генами в большее число клеток – такой вот альтернативный способ достижения гибкости, свойственной сложным геномам, при сохранении неистовой пронырливости и вирулентности, присущей этим шмакодявкам.

Все эти удивительные открытия способны ко всему прочему изменить наше понимание традиционных вирусов. К примеру, геном вируса гриппа тоже состоит из восьми частей, только в отличие от FBNSV все сегменты упакованы в единый капсид. Долгое время считалось, что любой гриппозный капсид содержит полный октет, однако в 2013 году внезапно выяснилось, что в 90% случаев в капсидах отсутствует по меньшей мере один из сегментов. В 2016-м то же самое было показано и для вируса лихорадки Рифт-Валли: лишь унылое меньшинство обладало всеми тремя сегментами генома. «Возможно, граница между этими вирусами и мультипартитными не такая уж и четкая», – говорит Стефан Бланк. Ваш грипп намного изобретательнее, чем вам кажется.


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: eLife (Sicard et al., 2019)

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:
Коммуникация на грани живого: вирусы подслушивают бактерий
В семени растения найден аналог размышляющего мозга
Гриб-убийца манипулирует мухами под влиянием вируса?


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение