Вирус-гигант болеет «Спутником»

Маленькие вирусы вызывают заболевания у больших

NASA
От вирусов страдают не только растения, животные и бактерии. Учёные нашли уникальный вирус Sputnik, от которого заболевает другой, не менее уникальный мамавирус. Возможно, именно подобные «спутники» переносят генетическую информацию от вируса к вирусу.

Все, кому из-за несвоевременно холодной погоды приходится кашлять, чихать и глотать противовирусные препараты, могут позлорадствовать. И у самих вирусов могут быть вирусные заболевания с очень неприятными симптомами. Французские вирусологи из Средиземноморского университета в Марселе нашли пару вирусов, один из которых вызывает болезнь у другого.

Оба найденных вируса – очень необычные. Один из них – всего второй известный науке представитель семейства гигантских мимивирусов, открытого всего пять лет назад. Этих исполинов размером около 500 нм можно заметить даже с помощью обычного оптического микроскопа, а количество генов и нуклеотидов в их геноме превосходит соответствующие показатели некоторых бактерий – как, впрочем, и самими размерами.

По трхдоменной системе Взе все живые существа делят на археи, эубактерии и эукариоты (или истинно ядерные). По другим системам первых двух иногда относят к прокариотам (доядерным), а иногда, напротив, эукариот делят на растения, животных, грибы и всех остальных ядерных под общим названием протисты. Вирусы ни в одну из этих систем не попадают.

Возможно, именно из-за гигантских размеров открытия первого мимивируса пришлось ждать так долго: он и его собратья просто не пролезают в поры фильтров, которыми вирусологи очищают растворы от бактерий, как это сделал более 100 лет назад первооткрыватель вирусов петербуржец Дмитрий Иосифович Ивановский. С мимивирусом вышла противоположная история – его выделили из воды одной из градирен британской Бредфордской ТЭЦ ещё в 1992 году, но приняли за бактерию и отправили в морозилку. Лишь в 2003 году Дидье Рауль и его коллеги показали, что на самом деле – это вирусный паразит, поражающий широко распространённую по всему свету амёбу Acanthamoeba polyphaga. Собственно, за «мимикрию» под бактерию его и назвали мимивирусом этой «всеядной амёбы», или APMV.

На этот раз та же команда учёных под руководством того же Дидье Рауля взяла воду из градирни одной из парижских ТЭЦ. В той же амёбе они выделили новый мимивирус, который оказался даже больше представителей оригинального штамма, за что получил имя мамавирус. Его огромная по вирусным меркам ДНК длиной почти в 1,2 миллионов пар нуклеотидов содержит, по оценкам учёных, более 900 генов, что втрое больше, чем у прежних рекордсменов – за исключением оригинального мимивируса образца 2003 года.

Однако ещё больший интерес представляет другая находка, сделанная в поражённых мамавирусом амёбах. Размер его капсида (наружной оболочки вируса) – около 50 нм, а замкнутая в кольцо двойная спираль ДНК имеет длину в 18343 пар оснований, которые кодируют, по подсчётам Рауля и компании, всего 21 белок.

Этот «микровирус», который присутствует исключительно в амёбах, поражённых мамавирусом, французы назвали Sputnik в честь первого искусственного спутника Земли.

«Спутник» не способен размножаться самостоятельно, даже находясь в амёбе. Для размножения он использует так называемые фабрики по воспроизводству вирусов, которые мамавирус, как и многие его меньшие размерами собраться, создаёт в пораженных клетках.



Заражнные мамавирусом (показан красным) и «Спутником» (зелным) клетки Acanthamoeba polyphaga через 12 часов после инфекции // La Scola et al./nature.com

Заражнные мамавирусом (показан красным) и «Спутником» (зелным) клетки Acanthamoeba polyphaga через 12 часов после инфекции // La Scola et al./nature.com

Подобные «Спутнику» субвирусы, которые называют вирусами-сателлитами, были известны и ранее. Они достаточно широко распространены среди вирусов, поражающих растения, и активно используют их вирусные фабрики для собственного размножения – притом ничем не мешая размножению основного вируса. Предполагается, что большая их часть когда-то была полноценными вирусами, способными к самостоятельному размножению в хозяйских клетках, однако позднее утратили часть необходимых для репликации генов, поскольку эту работу за них делали основные вирусы.

Однако новая находка – это не просто вирус-сателлит, уверены французские учёные. Во-первых, под его оболочкой прячется ДНК, а не РНК, как у абсолютного большинства сателлитов. Кроме того, у спутника мамавируса есть одно очень важное отличие – «Спутники» не просто сожительствуют с мамавирусами, а патогенно паразитируют на них, нарушая их жизненный цикл.

Иными словами, мамавирус болеет, и его болезнь вызывает вирус «Спутник».

«Больные» мамавирусы – то есть те, что находятся в амёбах, пораженных «Спутником», – не могут синтезировать полноценные защитные оболочки, которые позволяют им перемещаться от клетки к клетке, когда вирусов в амёбе накопится достаточное количество, чтобы прорвать её оболочку. Вместо симпатичного, ровного и толстого капсида, скрывающего гигантскую ДНК мамавируса от внешних воздействий, оболочка больных вирусов начинает собираться в складки, обёртывать вирус многими слоями, а то и вовсе закручиваться вокруг пустого места вместо нуждающегося в защите клубка вирусной ДНК.

По аналогии с вирусами-бактериофагами, паразитирующими на бактериях, Рауль и его коллеги предлагают относить «Спутник» к семейству «вирофагов».

Механизм, с помощью которого «Спутник» вызывает заболевание, пока не ясен, однако его эффект очень значителен – способность мамавирусов размножаться, захватывая одну клетку за другой, сильно снижается. Поскольку без мамавирусов «Спутник» размножаться также не может, в итоге получается, что он ограничивает распространение мамавирусной болезни среди амёб. Кстати, медики мечтали об использовании вирусов для борьбы с вирусными же инфекциями у людей ещё в первой половине прошлого века, но с открытием антивирусных препаратов нужда в таких мечтах отпала, а и без того немногочисленные работы на эту тему окончательно прекратились.

Авторы работы о «Спутнике» и мамавирусе, опубликованной в последнем номере Nature, уверены, что она снимает вопрос о том, являются ли вирусы живыми.

«Нет сомнений в том, что это живой организм, – заявил Nature Жан-Мишель Клавери, продолжив почти парадоксально, – тот факт, что он может заболеть, делает его только живее».

Тем не менее, не стоит, вероятно, забывать, что способный заболеть мамавирус совсем не похож на абсолютное большинство известных науке вирусов.

Вопрос о том, относить вирусы к живой или неживой природе, обсуждается с самого момента их открытия – неслучайно вирусы поначалу называли «кристаллами Ивановского». Этот вопрос тесно связан и с вопросами о происхождении – как вирусов, так и жизни в целом. Некоторые считают, что вирусы – это сильно изменившиеся, полностью деградировавшие в паразитов потомки древнейших свободноживущих организмов, если не более, то настолько же древние, как бактерии и археи.

Другие полагают, что вирусы изначально были паразитами, развиваясь в клетках как ядерных, так и доядерных организмов. При этом вирусы могут являться и потомками паразитических бактерий, потерявших значительную часть генома за ненадобностью, и результатом неправильного функционирования внутриклеточных машин для копирования генетической информации и синтеза белков. Вирусы могли возникнуть даже в результате независимого, повторного естественного эпизода «творения», условия для которого внутри уже живой клетки куда более благотворны, чем в «первородном супе», из которого вышла вся остальная жизнь.

Независимо от того, признают ли учёные вирусы живыми, а «Спутник» вирофагом, его роль в природе может быть очень значительной.

Подробно исследовав 21 ген «Спутника» (точнее, 21 участок ДНК, похожий на ген, поскольку доказательств, что они кодируют 21 рабочий белок, нет), Рауль и его коллеги отметили, что совсем оригинальными являются лишь 13 из них. При этом их аналоги известны по результатам метагенетических исследований океанической воды, при которых содержащиеся в ней фрагменты ДНК и РНК секвенируются без разбора того, какому организму они принадлежат. А значит, «Спутник» или похожие на него вирусы могут быть достаточно широко распространены на Земле – благо, амёб Acanthamoeba polyphaga, которых он колонизирует вместе с мамавирусом, можно встретить где угодно.

Ещё три гена «Спутник», судя по всему, каким-то образом «подцепил» от мамавируса (два из них у мама- и оригинального мимивируса практически не отличаются). Оставшиеся пять оказались похожими на другие уже известные гены, и гены эти характерны как для обычных вирусов, так и для бактерий, архей и эукариотов!

По-видимому, французы неспроста предлагают назвать новое семейство вирусов вирофагами. Вирусы-бактериофаги, поражающие бактерии, считают напрямую причастными к удивительно развитой у бактерий способности к так называемому горизонтальному переносу генов (ксенологии), при котором у совершенно непохожих и не родственных организмов обнаруживаются идентичные гены. Предполагается, что именно вирусы и занимаются непосредственно переносом генов, случайно захватывая при синтезе копий своих генетических последовательностей гены хозяйских клеток. После этого захваченные гены переносятся к клеткам других организмов и там уже встраиваются в их ДНК. Возможно, такую же функцию выполняют и вирофаги.