О гигантских вирусах – большегеномных крупнячках, различимых под световым микроскопом, – заговорили в 2003 году после описания мимивируса из одной чопорной английской амебы: его размер в полмикрона (500 нм) побольше, чем у некоторых бактерий, за одну из которых его принимали на протяжении десятка лет с момента открытия в 1992-м. Самым крупным из известных на сегодня является питовирус, разбуженный от 30-тысячелетнего сна в сибирской вечной мерзлоте: длина его яйцевидного вириона – 1500 нм. Сейчас гигантскими вирусами называют все крупные ядерно-цитоплазматические ДНК-содержащие вирусы (Nucleocytoviricota) размером от 200 нм, включая и тех, что были известны еще в прошлом веке, таких как поксвирусы (вирусы оспы), которые всегда считались чересчур огромными для обычной вирусни. Или фикоднавирусы, которые заражают микроскопические водоросли, оставляя от них скелетики и превращая цветение в белый саван на океане, видимый из космоса.
Пару лет назад Мохаммад «Монир» Монируззаман, постдок в Политехническом университете Виргинии (США), решил разгадать эволюционную историю гигантских вирусов. Он поместил ген одного такого вируса в здоровый агрегат для поиска геномов, чтобы найти вирусы с похожими генами, построить филогенетическое древо, получить по-быстрому Нобелевскую премию и спустить ее всю на путан. Каково же было изумленье витуна, когда поиск вывел его не на вирус, а на водоросль! Монир стал тестировать другие вирусные гены – и вновь натыкался на водоросли. Затем они с научным руководителем Фрэнком Эйлуордом заметили странное: вирусные гены в водорослевых образцах слегка изменялись, как при наследственной передаче. Похоже, гигантские вирусы не просто заразили водоросли, а встроили свою ДНК в их геномы!
Свидетельства такой интеграции Монируззаман с коллегами смог обнаружить в 24 из 65 изученных геномов зеленых водорослей. В половине случаев вирусная ДНК была представлена в следовых количествах, в другой половине были выявлены эндогенные вирусные элементы, содержавшие от 76 до 1782 генов мимивирусного и фикоднавирусного происхождения. В некоторые геномы такие элементы встраивались не один раз. В одной из водорослей, Tetrabaena socialis, аж 2846 генов – около 10% всей кодирующей ДНК (рекорд для эукариот) – оказались связаны происхождением с двумя гигантскими вирусами, причем один из них, похоже, встроился в геном целиком. «Это просто взрыв башки, – признается Монир. – Мы и не догадывались, что это так часто происходит и до такой степени».
Многие из выявленных элементов содержали признаки дупликаций (удвоений) и делеций (утрат) генетических фрагментов – они явно произошли уже после встройки в геномы водорослей и свидетельствуют о передаче элементов по наследству, а не о временной инфекции или загрязнении образцов. Еще более показательно присутствие в эндогенных вирусных элементах интронов – особых генетических последовательностей, характерных для клеточной жизни, – как будто водоросль сама добавила их туда, чтобы можно было считывать вирусные гены. Другие молекулярные характеристики, например специфические закономерности в распределении спаренных оснований ДНК, также указывали на принадлежность вирусных элементов геномам водорослей.
Встраиваться в геномы хозяев способны многие вирусы – так делают, например, вирусы герпеса и ВИЧ (для ретровирусов это вообще обязательная часть жизненного цикла). Что необычно в интеграциях гигантских вирусов, так это их размеры – не столько даже физические, сколько генетические. Геномы гигантских вирусов значительно превосходят обычные вирусные геномы: самый большой из них принадлежит пандоравирусу и достигает 2,5 млн пар оснований (для сравнения: у ковидного коронавируса геном в 80 раз меньше). Самый длинный эндогенный вирусный элемент из обнаруженных учеными составил 1,925 млн пар оснований – не у всякого гигантского вируса такой геном. Подобные интеграции могут происходить во время стойких инфекций – биологи иногда наблюдают такое у гигантских вирусов, выращенных в лабораториях: в этих случаях вирусу не удается убить клетку, но и у клетки не получается избавиться от вируса, и они сосуществуют в этаком равновесии продолжительное время, что повышает шансы для случайного внедрения вирусной ДНК в клеточный геном.
Вирусы обладают репутацией убийц, но их отношения с хозяевами могут быть намного сложнее. Некоторые эндогенные вирусные элементы защищают хозяев от инфекций, вызванных родственными вирусами. Гены ретровирусов, некогда встроившихся в геномы древних млекопитающих, сегодня обеспечивают формирование плаценты во время беременности. Гигантские вирусы, интегрированные в геномы водорослей, могут послужить источником для новых генов, а значит, в перспективе повлиять на эволюцию хозяев. А может быть, они уже влияли в прошлом? «Теперь мы знаем, что эндогенные вирусные элементы часто встречаются у зеленых водорослей, и это дает основания предположить, что растения тоже могли взаимодействовать с гигантскими вирусами, – говорит Монируззаман. – Есть данные, намекающие на то, что у некоторых ранних растений вроде мхов и папоротников случалась эндогенизация вирусов, но мы не совсем уверены, насколько феномен распространен среди таких растений».
Пока что неизвестно, функциональны ли вирусные гены водорослей или просто спят сладким сном в их хромосомушках, – дальнейшие эксперименты покажут. Интересно также, какие факторы побуждают гигантские вирусы встраиваться в геномы водорослей и почему последние не отторгают их. Ищутся и другие примеры интеграций гигантских вирусов в живые организмы – во всяких одноклеточных эукариот, грибы, животных, а может, и в людей. Раньше-то никто не думал, что они способны внедряться в чужие геномы, и никто не искал. «А теперь-то другие ученые точно возьмут их на заметку, – уверен Монир. – Возможно, эндогенные вирусные элементы – это широко распространенный фактор эволюции геномов».
Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Nature (Moniruzzaman et al., 2020)
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 с активной ссылкой на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.
Вас также могут заинтересовать статьи:
Вирус присягнул царству грибов и помог ему подняться
Пластидам динофлагеллят нашли родственников среди зеленых водорослей
Горизонтальный перенос генов (лонгрид)
Комментарии: