Только что обнаруженный гигантский вирус может поведать о том, как вирусы способствовали возникновению сложных форм жизни на Земле.
Обнаруженный в Японии гигантский вирус добавляет масла в провокационную идею о том, что вирусы помогли создать сложные формы жизни. Получивший название ушикувирус, этот вирус заражает амёб и демонстрирует уникальные свойства, объединяющие различные семейства гигантских ДНК-вирусов. Необычный способ, с помощью которого он разрушает ядро клетки-хозяина, даёт свежие данные о том, как вирусы могли повлиять на эволюцию собственно клеточного ядра. Эта находка усиливает загадку вирусов и их вероятной роли в крупнейшем скачке жизни.
Когда на сцене появляются вирусы, история возникновения жизни на Земле становится ещё более интригующей. Считается, что эти микроскопические частицы существовали с момента появление самых ранних клеток. В отличие от живых клеток, вирусы состоят только из генетического материала и сами не способны производить белки. Поскольку белки жизненно необходимы для жизнедеятельности клеток, функционирование вирусов зависит исключительно от клеток-хозяев.
Учёные десятилетиями пытаются понять, откуда появились эти вирусы, как они эволюционировали, и как они вписываются в древо жизни. Профессор Масахару Такемура из Школы послевузовского образования Токийского университета естественных наук (ТУЕН) — ключевая фигура в этом направлении исследований. В 2001 году он и д-р Филип Белл из Департамента биологических наук Университета Маккуори в Сиднее независимо друг от друга предложили вирусную теорию возникновения клеточного ядра, также известную как эукариогенез (автором термина был д-р Белл).
Эта гипотеза предполагает, что ядро клеток эукариотов (клеток, ядро которых окружено мембраной) могло произойти от крупного ДНК-вируса, вроде поксвируса, который заразил предка-архея (одноклеточного микроорганизма). Вместо того, чтобы разрушить хозяина, вирус мог обеспечить себе устойчивое присутствие в его цитоплазме. Спустя некоторое время, он, скорее всего, абсорбировал важные гены клетки-хозяина и постепенно превратился в то, что мы сейчас считаем ядром клеток-эукариотов. Если она верна, эта теория означает, что вирусы могли сыграть центральную роль в возникновении сложных форм жизни.
Гигантские ДНК-вирусы и вирусные фабрики
Эта идея получила дальнейшую поддержку в 2003 году, когда были обнаружены гигантские ДНК-вирусы. Когда эти вирусы заражают клетки, они создают в организме хозяина структуры под названием вирусные фабрики. В некоторых случаях эти фабрики окружены мембранами, служащими местом репликации ДНК, напоминая примитивную версию клеточного ядра. Это подобие укрепило предполагаемую эволюционную связь между вирусами и сложными клетками.
В последние годы исследователи идентифицировали дополнительные ДНК-вирусы. В их число входят члены семейства Mamonoviridae, которые заражают акантамёб (вид амёб, представляющий собой одноклеточный организм), и кландестиновирус, близкородственный вирус, заражающий вермамёб (ещё один тип амёб из другого семейства).
Открытие ушикувируса
В другом исследовании, опубликованном в Journal of Virology, проф. Такемура и его сотрудники из Национального института естественных наук (НИЕН) Японии описывают ещё один гигантский ДНК-вирус, заражающий амёб. Этот вирус, получивший название ушикувирус в честь озера Ушику в японской префектуре Ибараки, где он был выделен, является ещё одним доказательством в поддержку гипотезы о вирусном происхождении ядра.
«Можно сказать, что гигантские вирусы — это сокровищница, мир, который ещё только предстоит полностью изучить. Одна из перспективных возможностей этого исследования — обеспечить человечество новой точкой зрения, объединяющей мир живых организмов с миром вирусов», — говорит проф. Такемура.
Уникальная структура и стратегия инфицирования
Гигантские вирусы широко распространены в природе, но выделить их трудно. Кроме того, они удивительно разнообразны, и это делает важным каждое новое открытие. Ушикувирус инфицирует вермамёб, подобно кландестиновирусу, и обладает общими структурными характеристиками с семейством Mamonoviridae, особенно с медузавирусом. Медузавирус известен своей икосаэдральной формой и многочисленными короткими шипами, покрывающими поверхность его капсида.
Однако, ушикувирус также демонстрирует важные отличия. Он приводит в действие определённый цитопатический эффект, заставляющий верамёбу вырастать до необычно крупных размеров. Поверхность его капсида содержит множество шипообразных структур, снабжённых уникальными наконечниками, и у некоторых из них есть похожие на волокна отростки, не наблюдаемые у медузавирусов.
Ещё одно ключевое различие состоит в том, как этот вирус реплицирует. Медузавирусы и кландестиновирусы размножаются внутри нетронутого ядра хозяина. Напротив, ушикувирус в ходе репликации разрушает мембрану ядра, чтобы образовать новые вирусные частицы. Такое поведение предполагает вероятную эволюционную связь между вирусами семейства Mamonoviridae, использующими нетронутое ядро в качестве вирусной фабрики и гигантскими вирусами, такими как пандоравирус, которые разрушают ядерную мембрану. Учёные полагают, что эти различия могут отражать адаптацию к различным хозяевам по прошествии определённого времени.
Намёки на эволюцию эукариотов
Исследовав эти структурные и функциональные вариации, исследователи получают сведения о том, как гигантские вирусы диверсифицировались, и как их взаимодействие с клетками хозяев могло повлиять на эволюцию сложных форм жизни эукариотов.
Предполагается, что открытие нового вируса — родственного с семейством Mamonoviridae "ушиковируса", у которого другой хозяин, послужит источником новых знаний и станет стимулом к обсуждению касательно эволюции и филогенеза семейства Mamonoviridae. «Есть мнение, что в результате мы сможем поближе подобраться к решению тайн эволюции организмов-эукариотов и тайн гигантских вирусов», — говорит проф. Такемура.
Потенциальное значение для здравоохранения
Открытие заражающих амёб гигантских вирусов также может обладать практической ценностью. Определённые виды актаномёб могут приводить к серьёзным болезням, включая амёбный энцефалит. Более глубокое понимание того, как гигантские вирусы инфицируют и разрушают амёб, может в итоге помочь учёным разработать новые подходы к профилактике и лечению этих инфекций.
Д-р Масахару Такемура — профессор Департамента математики и научного образования Школы послевузовского образования естественных наук в Токийском университете естественных наук. Его исследования концентрируются на биологии гигантских вирусов, вирусного эукариогенеза и вирусного образования. Он опубликовал более 120 научных работ и цитировался свыше 2500 раз. Его долгосрочная цель — прояснить, каким образом эволюционировали гигантские вирусы и эукариоты, и создать образовательные материалы, которые повысят грамотность в сфере вирусологии.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Токийским университетом естественных наук.
Вам также может быть интересно: