Вирус, преодолевающий барьеры

Слово “вирусы” пугает людей. В голове у многих моментально возникают ассоциации со страшными и тяжело лечащимися заболеваниями. СПИД, герпес, гепатит, грипп, лихорадка Эбола или Ласса – это лишь малая часть довольно известных вирусных болезней. Некоторые владеют информацией о том, что болезни человека вызывают лишь 10% вирусов, но большая часть населения предполагает, что вирусы несут страшную опасность и боль на планету. Поэтому ученые и работают с вирусами, чтобы изучить их и обезопасить.

Вирус Иммунодефицита Человека – один из самых опасных вирусов.

Чем больше люди занимаются изучением вирусов, тем больше “чудес” они открывают. Сюрпризы начались еще с того момента, когда выяснилось, что это внеклеточные формы жизни. Вирусы не могут размножаться самостоятельно, для этого они обязаны внедриться в клетку – хозяина. У этих организмов присутствуют уникальные молекулы, которые больше в природе не встречаются: РНК-зависимая ДНК-полимераза, однокомпонентная полимераза. Вирусы занимают огромную экологическую нишу, имея наипростейшее строение “организма”, воруют гены друг у друга, могут встраиваться в геном хозяина и не всегда ведут к гибели своего хозяина. В целом, у этих неклеточных паразитов есть в запасе еще много сюрпризов для нас, для человечества. Поэтому они и несут угрозу: люди о них до сих пор мало знают.

Один из самых распространенных вирусов – вирус гриппа.

Один из таких сюрпризов недавно раскрыли ученые из Университета Vanderbilt в Соединенных Штатах Америки. Они нашли участок генома у вируса WO, который сильно схож с геном, кодирующим яд паука черной вдовы. История довольно интересная и непонятная. Вирус WO заражает клетки бактерий рода Wolbachia, которые являются паразитами насекомых. Выходит, что вирус находится в бактерии, а бактерия – в насекомом. Как вирус украл гены у паука черной вдовы, если он не контактирует с насекомым напрямую, а находится внутри бактерии? Это загадка.

бактерия рода Wolbachia внутри клетки насекомого.

Вирусы – довольно просто организованные существа. Несмотря на это, они поражают абсолютно каждый организм на Земле, будь то бактерии, грибы, простейшие, растения или животные. Но существует четкая классификация – вирусы могут поражать организмы строго внутри одного домена: либо только архей, либо только бактерий, либо только эукариот. Соответственно, дабы улучшить вирулентность вируса, то бишь свою инфекционную способность, они подстраиваются под клетки-хозяина: имитируют рецепторы на поверхности клеточных оболочек, используют молекулы и органеллы хозяина для собственных нужд, повышают сходство между собой и этой клеткой, и даже обмениваются генетической информацией между своими сородичами. Такой обмен называется горизонтальным переносом генов и является ключевым моментом в эволюции вирусов, так как приводит к появлению новых признаков и приводит к повышению выживаемости и вирулентности, но все происходит внутри определенного царства.

Схема строения типичного бактериального вируса

Вирус WO обладает доселе неизвестными признаками. Он несет в себе ген токсина, который использует паук для уничтожения своих жертв. Это первый известный науке случай, когда строго бактериальный вирус преодолел границы между доменами и несет в себе сходство с эукариотами.

Бактериофаг WO

WO вирус соединил в себе черты и бактериального паразита, и белки эукариотического организма. У этого вируса имеются все признаки типичного бактериофага (строго бактериального вируса): генетические кластеры для жизнедеятельности, репликации, вирулентности и процесса лизогении (разрушения клеток бактерий вирусами). Сходство с ДНК-эукариот четко прослеживается в EAM-модуле (eukaryotic association module). В EAM-кластере содержится генетическая информация о токсине паука, о специальных белках, активирующих этот токсин, а также о факторах, запускающих программу суицида у клетки-хозяина. Этот токсин называется латротоксином CTD и активируется за счет расщепления фурином. Этот процесс происходит идентично и у паука, и у вируса WO, который использует его для более легкого проникновения через мембрану бактериальной клетки. В геноме вируса WO также содержится эукариотический белок, приводящий к суициду клетки – хозяина (programmed cell death or PCD). Этот белок называется NACHT, который в эукариотах выполняет функцию распознавания патогенов и активации иммунной системы через разнообразные сигналы. У вирусов WO он выполняет сходную функцию передачи сигналов.

Остается загадкой, как именно вирус смог преодолеть барьер доменов и захватить гены, не совйственные его хозяину – бактерии Wolbachia. Были предложены три вероятных модели захвата генов токсина в вирусную частицу. Первая модель – это перенос ДНК в геном вируса WO во время разрушения или лизиса бактерий, находившихся внутри клеток паука черной вдовы. Второе предположение – это перенос генов паука сначала в бактерию Wolbachia, а из бактерии – в вирус WO. Но эта версия остается наименее вероятной, так как процентаж гомологии с эукариотическими белками паука выше у вируса, чем у бактерии. Третье предположение постулирует, что вначале ген токсина черной вдовы захватили эукариотические вирусы, а потом горизнтальным генетическим траснфером его получил вирус WO. Ни для одного из предположений нет прямых экспериментальных доказательств, и это плохо.

Три наиболее вероятные теории о захвате вирусом гена паучьего токсина. а) обозначения, b) ДНК хозяина частично попадает в геном вируса при лизисе бактериальных клеток, с) ДНК хозяина сначала попадает в бактериальную ДНК, а потом в геном вируса, d) ДНК эукариот сначала попадает в эукариотические вирусы, а потом через горизонтальный трансфер в вирусы WO.

Для ученых и для науки в целом важно узнать способ захвата фагом WO части генома эукариота, пусть даже и относительно низкого в эволюционном развитии насекомого, чтобы защитить все живое от вирусных заболеваний и искоренить их навсегда. Узнаем, как вирус смог преодолеть систематический барьер и захватить гены насекомого, напрямую даже не контактируя с ним – и создадим препараты для борьбы с ними. Вероятно, не только вирус WO способен на это, но и другие вирусы тоже. Либо спонтанными мутациями, либо горизонтальным генетическим трансфером, либо захватывая определенные участки ДНК бактерий и других клеток-хозяев. Такое интересное явление может создать предпосылки для возникновения еще более опасного вируса, даже страшнее чем СПИД, гепатит или герпес, который может преодолевать границы между доменами и еще зловредней заражать живое.

Мир вирусов интересен, опасен и страшен. Вирусы хорошо приспосабливаются к условиям окружающей среды, невероятно быстро мутируют, несут в себе кладезь сюрпризов и неустанно удивляют исследователей своими характеристиками: необычной формой, уникальными молекулами, разнообразием функций и компактностью. Эти мельчайшие организмы, находящиеся на самой границе жизни, несут в себе угрозу для каждого представителя живого мира. Науке нужно изучать дабы уберечь все и всех от страшнейшей опасности – вирусных заболеваний.