Гигантские бактериофаги раскрыли секреты эволюции жизни на Земле

Наука Биология 25.06.2021, 21:30 Гигантские бактериофаги раскрыли секреты эволюции жизни на Земле Открыв 351 новый гигантский вирус-бактериофаг, международная команда ученых обнаружила, что между ними и живыми клетками гораздо больше общего, чем считалось раньше Василий Парфенов редакция Тэги:

Нетленка
Вирусы
Генетика

Гигантские бактериофаги раскрыли секреты эволюции жизни на Земле FB VK OK Link

Вопрос о том, являются ли вирусы жизнью, или же неживой материей — дискуссионный. Даже если оставить в стороне философские стороны этого спора, вирусы, как минимум, не умеют размножаться самостоятельно, не могут синтезировать белки и у них нет метаболизма. Иными словами, вне зараженной клетки они не функционируют. Но в тоже время, скорее всего, вирусы (не нынешние, конечно, а их предки) являются предшественниками клеточной жизни — самовоспроизводящимися в определенных условиях сложными молекулярными структурами.

Однако, возникает вопрос, а каким образом из чего-то похожего на вирус могла развиться более сложная жизнь? Исследователи нашли 351 вид гигантских бактериофагов (вирусов, поражающих бактерии), которые приоткрывают завесу тайны над этим процессом. Обнаружили их в результате анализа огромной базы данных генетического материала, собранного в трех десятках самых разных мест на Земле — от микрофлоры кишечника эмбриона и горячего ключа в Тибете, до южноафриканского биореактора и глубоких скважин. Результаты работы коллектива из Калифорнийского университета в Беркли были опубликованы в журнале Nature 12 февраля.

Вирусы

Инфекционные агенты, воспроизводство которых возможно только в живых клетках (всех типов организмов — от грибов до растений, а также от бактерий и архей до животных). В общем случае вирус состоит из генетического материала (ДНК или РНК), заключенного в оболочку (капсид). Поскольку вариативность их строения практически безгранична, может существовать большое количество дополнительных элементов (оболочек, специальных белков и даже дополнительных генетических последовательностей). В ходе жизненного цикла вирус проникает через внешнюю оболочку целевой клетки, высвобождает в ней свой генетический материал, который ее органеллы воспринимают в качестве инструкции к действию и начинают воспроизводить нужные захватчику белки. В конце концов, зараженная клетка собирает новые копии инфекционных агентов, которые выходят из нее во внешнюю среду и ищут новую цель.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ Гигантские бактериофаги раскрыли секреты эволюции жизни на Земле FB VK OK Link

Гигантскими эти бактериофаги называются, потому что их геном невероятно большой для вирусов. Обычные инфекционные агенты, атакующие бактерии, имеют «на борту» около 50 тысяч пар оснований, а герои нового исследования — более 200. Причем рекордсмен по объему генетического материала превзошел даже большинство клеток, которые поражает, и его ДНК имеет 735 тысяч пар оснований. На самом деле, в выборке могут быть и еще более монструозные вирусы, просто их еще не всех успели проанализировать. Всего «посчитали» 175 из 351, а остальные — пока лишь просто отобраны по признаку длины генома (>200 тысяч пар оснований).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ Гигантские бактериофаги раскрыли секреты эволюции жизни на Земле FB VK OK Link

Зачем же этим бактериофагам нести так много информации в заражаемую клетку? Выяснилось, что сюрпризов предостаточно. Во-первых, некоторые найденные виды помогают носителю укрепить иммунитет. Но, конечно, не против себя — они расчищают поле деятельности и уничтожают конкурентов. Делается это весьма интересным образом: в ДНК вируса встроены короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами (CRISPR), между которыми размещены кусочки генома других вирусов, а также специальные последовательности, кодирующие Cas-белки.

После того, как подобный участок ДНК будет обработан клеткой, Cas-белки получат возможность атаковать другие вирусы, имея части их генома в качестве своеобразного механизма целеуказания. К слову, этот принцип используется для модификации ДНК учеными-генетиками и называется CRISPR-Cas. Причем один из найденных в изученных бактериофагах Cas-белков, был аналогичен одному из популярных инструментов ученых.

Угроза людям

На первый взгляд, бактериофаги не могут навредить человеку. Однако они способствуют переносу генов между бактериями, в том числе — устойчивости к антибиотикам. В данном контексте исследование вирусов, атакующих бактерии становится все важнее с каждым годом.

Еще одно интригующее открытие — кодирование целых органелл в целевой клетке на случай, если вирусу для репликации требуется какой-то специфический белок или «производительности» жертвы не хватает. Один из найденных бактериофагов буквально нес в своем геноме информацию по созданию дополнительных рибосом. Кроме того, были обнаружены участки генома, которые кодируют транспортную РНК (необходимую для создания отдельных белков), а также регулирующие ее поведение и активирующие трансляцию белки.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ Гигантские бактериофаги раскрыли секреты эволюции жизни на Земле FB VK OK Link Гигантский бактериофаг по сравнению с обычными Наш герой — красный, сверху слева. В отличие от обычных небольших вирусов, которые просто прикрепляются и вводят свой геном в целевую клетку, он, проникнув в нее, сначала создает иммунитет. Его геном содержит большие участки, кодирующие Cas-белки, являющиеся частью CRISPR-иммунной системы. Таким образом, гигантский бактериофаг вытравливает из своего нового места обитания всех конкурентов. К сожалению, в Беркли пока еще не смогли получить изображение новых вирусов, поэтому временно изобразили их в виде сильно увеличенных обычных бактериофагов.

Все вышеописанные функции генома, обычно, не характерны для вирусов, а присущи живым клеткам. Данное исследование показывает, каким путем могло идти усложнение и развитие жизни на ранних этапах ее эволюции. Если вирусы способны нести столь сложный геном, то и первичные структуры, предшествовавшие клеточной жизни могли иметь сложное строение для кодирования аминокислот и белков «на все случаи жизни». Обнаруженные в рамках работы бактериофаги распространены по всему свету и при этом являются родственными видами. На основании этого, можно утверждать, что данные типы гигантских вирусов существуют очень давно. Это может дополнительно подтверждать мысль о выгоде данной стратегии — длинный геном помогает в выживании.

Наконец, научный коллектив из Беркли опроверг стереотип об отсутствии юмора у исследователей. Поскольку 351 мегавирус в результате изучения и классификации был разделен на 10 групп (клад), им нужно было придумать название. Решили соединить «большой» на языке страны происхождения одного из ученых и «фаг». Получилось: махафаги (санскрит), кабирфаги, дахмфаги, джаббарфаги (арабский), киодаифаги (японский), биггифаги (австралийский английский), вопперфаги (американский английский), юдафаги (китайский), энормофаги (французский) и каемпефаги (датский).

1 обсудить Комментарии Текст комментария ОТПРАВИТЬ

Источник

31.03	37-й IT talk »
17.11	MBLTdev #2 »
16.11	GeekWeek-2015 »