У гигантских вирусов нашли бактериальную «иммунную систему»
От собственных паразитов мимивирусы защищаются с помощью молекулярно-генетической системы, которую, вероятно, некогда позаимствовали у бактерий.
Вирусы настолько своеобразны по своей природе, что до сих пор биологи спорят, считать ли их живыми: сами по себе они представляют собой лишь молекулярный комплекс из белков, нуклеиновых кислот и – иногда – липидов, у них нет обмена веществ, а для размножения вирусам нужно попасть в чью-нибудь клетку.Да и попав внутрь бактерии или эукариотической клетки, они используют хозяйские молекулярные машины, чтобы наделать собственных копий.
Геном у вирусов очень маленький – естественно, ведь они в буквальном смысле приходят на всё готовое, когда заражают клетку. Их происхождение и эволюция остаётся загадкой. Кто-то полагает, что они не имеют никакого отношения к живым организмам, что это просто взбесившиеся молекулярные комплексы, которые либо существовали на заре жизни, либо вырвались на волю из уже сформировавшихся клеток, кто-то считает, что их вполне можно включить в древо жизни, что они берут своё начало от последнего общего предка всего живого на Земле, и что первые из вирусов обладали гораздо более сложным строением, чем их современные потомки.
Страсти вокруг вирусов разгорелись с новой силой, когда были обнаружены гигантские вирусы – мимивирусы, мегавирусы, пандоравирусы и пифовирусы. Исторически первым из них был мимивирус, найденный в амёбах, и он же потом оказался по размеру самым небольшим из «гигантов». Однако по сравнению с другими вирусами он весьма и весьма велик: мимивирусная частица в диаметре достигает микрометра, и чтобы её увидеть, достаточно светового микроскопа.
Мимивирусы сходны с некоторыми обычными вирусами – в частности, с вирусом оспы – однако в мимивирусных генах закодированы ферменты, необходимые для синтеза аминокислот и нуклеотидных оснований ДНК, и ещё ряд сложных белков. Размером генома мимивирусы превосходят не только обычных вирусов, но и некоторых бактерий.
Но и это оказалось не всё – у гигантских вирусов обнаружились собственные вирусы-паразиты, так называемые вирофаги. Они размножаются в тех же клетках, что и большие вирусы, геном вирофага кодирует некоторые белки, необходимые для копирования наследственной молекулы, но при том вирофаг использует в некоторых молекулярных процессах белки вируса-хозяина.
Известно, что разные вирофаги предпочитают разных «гигантов», например, вирофаг Замилон поражает семейство Mimiviridae (то есть мимивирусов). И вот Бернару Ла Скола (Bernard La Scola) и Дидье Раулю (Didier Raoult) из института INSERM, которые в 2014 году открыли вирофага Замилон, пришло в голову, что у мимивирусов вполне может существовать система защиты от паразита. Действительно, оказалось, что такая «вирусная антивирусная» защита есть, и что она очень похожа на аналогичную систему у бактерий, называемую CRISPR.
Молекулярно-генетическую систему CRISPR/Cas часто называют бактериальным иммунитетом, потому что с её помощью бактерия может запоминать информацию о вирусах и использовать её для защиты от будущих инфекций. Работает она так: в бактериальной хромосоме есть участок CRISPR, сокращённо от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – «короткие палиндромные повторы в ДНК, регулярно расположенные группами».
Повторы перемежаются другими последовательностями, которые вставлены в хромосому из генома вирусов-бактериофагов. Это и есть бактериальная «иммунная память». Когда в клетке появляется чужеродная ДНК, бактерия снимает РНК-копию с записанной последовательности и сравнивает её с пришельцем. Если совпадение есть, значит, чужую ДНК нужно разрушить.
Разумеется, вся процедура осуществляется с помощью специальных белковых комплексов – Cas-ферментов. (Особый интерес к системе CRISPR/Cas возник у биотехнологов, когда выяснилось, что с помощью белков Cas можно сравнительно легко редактировать геном, ну а совсем большой шум по поводу CRISPR/Cas поднялся в прошлом году, когда китайские исследователи отредактировали геном человеческому эмбриону.)
Но вернёмся к мимивирусам. Когда Ла Скола, Рауль и их коллеги проанализировали геномы нескольких десятков штаммов мимивирусов, то оказалось, что некоторые последовательности мимивирусной ДНК совпадают с последовательностями их вирофага – то есть это были как бы аналоги CRISPR в бактериальной хромосоме. Те штаммы мимивирусов, у которых такие совпадения были, оказались устойчивы к паразиту.
Кроме того, у мимивирусов нашли гены белков, похожих по функциям на ферменты Cas – они также уничтожали чужеродный генетический материал, совпавший с тем образцом, который был записан в «иммунной памяти». Когда работу таких мимивирусных белков блокировали, вирус не мог сопротивляться атаке вирофага. (На всякий случай уточним, что под атакой тут подразумевается увод молекулярных ресурсов: вирофаг как бы переманивает к себе молекулы, без которых мимивирусу невозможно собрать свои собственные белки.) Результаты экспериментов опубликованы в статье в Nature.
Некоторые компоненты системы CRISPR/Cas есть и у других вирусов, однако непонятно, работает ли она у них или просто лежит мёртвым грузом. Скорее всего, в вирусный геном она попала от бактерий – известно, что вирусы способны прихватывать с собой хозяйские гены.
Как именно работает «вирусный антивирусный иммунитет», схож ли он в этом смысле с обычной, бактериальной антивирусной защитой, или у них есть отличия, покажут дальнейшие исследования – пока же, повторим, мы узнали только то, что некоторые вирусы (мимивирусы) могут эффективно защищаться от вирофагов с помощью бактериоподобной молекулярно-генетической защитной системы. Но, как бы то ни было, эволюционная история вирусов в свете новых данных становится ещё интереснее.
