Когда были открыты похожие на микробы мимивирусы, ученые посчитали, что эти странные создания могут занимать промежуточное положение между вирусами и бактериями. Некоторые специалисты и вовсе утверждали, что это новая форма жизни. Однако спустя много лет американские ученые раскрыли настоящее происхождение гигантских вирусов. В новом исследовании разбиралась «Лента.ру».
Вирусы не способны самостоятельно воспроизводиться и не имеют признаков клеточного организма — например, энергетического обмена. Многие исследователи считают, что их нельзя называть живыми организмами. Ведь по сути вирус — это частица, образованная двумя типами биополимеров — нуклеиновыми кислотами и белками. Иногда, правда, присутствуют и липиды.
Большинство вирусов по размеру меньше, чем клетки, и обладают довольно скромным набором генов. Они размножаются, приспосабливая для своих нужд зараженные клетки и используя их ресурсы, а зачастую и убивая. У некоторых вирусов имеются только два гена. Для сравнения: у обычной кишечной палочки Escherichia coli генов более четырех тысяч.
Однако среди вирусов встречаются удивительные создания. Так, в 2003 году в журнале Science была опубликована статья, в которой исследователи сообщили об обнаружении внутри амебы Acanthamoeba polyphaga частиц, напоминающих бактерии, но вместе с тем имеющих вирусную структуру. Они были названы мимивирусами (от англ. mimicking microbe — имитирующие микробы). Это открытие потрясло ученых: мало того что вирусы были гигантскими, они еще и несли в себе больше генов (свыше 2500), чем некоторые микроорганизмы.
Эти «монстры» заставили некоторых биологов задуматься об эволюционном древе жизни. Так, все живые организмы можно разделить на три основные группы (домена): бактерии, археи и эукариоты. Вирусы идут особняком, однако в 2011 году ученые предположили, что крупные ядерно-цитоплазматические ДНК-содержащие вирусы (мимивирусы, мегавирусы, пандоравирусы и другие) произошли из некоего четвертого домена. К нему, согласно гипотезе, принадлежали неизвестные вымершие одноклеточные организмы, которые в ходе эволюции избавились от многих генов и превратились в паразитов.
Изображение: C.Bickel / Science
Другие ученые, в числе которых наш бывший соотечественник, эволюционный биолог и биоинформатик Евгений Кунин, работающий в Национальном центре биотехнологической информации в США, не видели необходимости в четвертом домене. «Совершенно очевидно, что гигантские вирусы принадлежат к группе, включающей и намного более мелкие вирусы», — говорит Кунин. Он совместно с коллегами опубликовал в журнале Science статью, где описывается возможное происхождение мимивирусов и их родственников.
Международная группа исследователей, в которую кроме Кунина входили Фредерик Шульц из Объединенного института генома при Министерстве энергетики США и несколько австрийских ученых, проанализировали генетический материал, извлеченный из осадка на станции очистки сточных вод в Клостернойбурге (Австрия), и установили последовательность всей ДНК в образцах, чтобы выяснить, каким организмам принадлежали те или иные фрагменты геномов. Такой метод применяется в тех случаях, когда невозможно изолировать и культивировать в лабораторных условиях сам организм.
Исследователи обнаружили, что некоторые фрагменты ДНК являются вирусными. Когда кусочки были собраны в единый геном, ученые пришли к выводу, что он принадлежит новому гигантскому вирусу, названному Klosneuvirus (KNV). Также были выявлены три родственных ему вируса — Indivirus, Hokovirus и Catovirus. В каждом находился свой набор генов, гомологичных (сходных по нуклеотидной последовательности) генам эукариотических организмов. Это значит, что каждая из четырех найденных разновидностей KNV заражает разных хозяев. Ученые выяснили, что последние относятся к протистам церкозоям (Cercozoa). До этого почти все найденные гигантские вирусы паразитировали на акантамебах.
Геномы гигантских вирусов
Изображение: Frederik Schulz / Department of Energy Joint Genome Institute, Walnut Creek (журнал Science)
Геномный анализ также показал, что KNV занимают промежуточное место между мимивирусами и гигантскими вирусами CroV, которые инфицируют морской жгутиковый организм Cafeteria roenbergensis. Ученые отнесли KNV к семейству Mimiviridae.
Интересно, что у Klosneuvirus имеются гены, осуществляющие процесс трансляции, при котором происходит синтез белков на основе содержащейся в ДНК информации. Так, вирус кодирует 25 различных транспортных РНК (тРНК) и 40 связанных с трансляцией белков. В том числе 19 аминоацил-тРНК-синтетаз (aaRS), которые помогают тРНК встроить правильную аминокислоту в строящуюся последовательность белка. В мимивирусах количество таких ферментов не превышает семи.
Исследователи выяснили происхождение сложного генетического аппарата, связанного с синтезом белков. Оказалось, что большинство aaRS и других белков связано с разнообразными простейшими эукариотами. Это опровергает мнение, что гигантские вирусы могли произойти от таинственных организмов, относящихся к четвертому домену. Более того, они также не происходили от эукариот. Вместо этого вирусы просто постепенно захватывали гены других организмов, становясь такими, какими мы их видим сейчас. Проще говоря, предками гигантских вирусов были более мелкие вирусы.