История гигантов в генах: Ученые используют ДНК для отслеживания происхождения гигантских вирусов
Исследователи из Индийского технологического института Бомбея пролили свет на происхождение мимивируса и других гигантских вирусов, чтобы лучше понять уникальные биологические формы, которые сформировали жизнь на Земле. В своем последнем исследовании, опубликованном в Molecular Biology and Evolution, ученые показали, что гигантские вирусы могли произойти от сложного одноклеточного предка, сохранив аппарат репликации ДНК, но утратив гены, кодирующие другие жизненно важные процессы, такие как метаболизм.
Открытие первого гигантского вируса в 2003 году перевернуло вирусологию, расширив представление о вирусах от простых и мелких агентов до форм, столь же сложных, как некоторые бактерии.
Гигантские вирусы широко распространены в океанах и других водоемах, где они заражают одноклеточные водные организмы и оказывают значительное влияние на их популяции. По словам молекулярного вирусолога доктора Кирана Кондабагила, поскольку эти одноклеточные организмы сильно влияют на круговорот углерода в океане, вирусы играют важную роль в экологии нашей планеты.
В новом исследовании доктор Кондабагил и его соавтор доктор Суприя Патил провели серию анализов ключевых генов и белков, участвующих в аппарате репликации ДНК мимивируса — первой идентифицированной группы гигантских вирусов. Их цель — определить, какая из двух основных гипотез эволюции мимивируса — редукционная или «вирус-первый» — лучше подтверждается результатами.
- Редукционная гипотеза предполагает, что гигантские вирусы произошли от одноклеточных организмов и со временем утратили гены.
- Гипотеза «вирус-первый» предполагает, что они существовали до появления одноклеточных организмов и, наоборот, приобретали гены.
Ключевые результаты исследования:
- Филогенетические деревья, построенные по репликационным белкам, показали, что белки мимивируса более тесно связаны с эукариотами, чем с бактериями или мелкими вирусами.
- Анализ методом многомерного шкалирования выявил высокое сходство между белками мимивируса, что указывает на их коэволюцию в составе крупного белкового комплекса с согласованной функцией.
- Было показано, что гены, связанные с репликацией ДНК, находятся под действием очищающего отбора — естественного отбора, удаляющего вредные варианты генов. Это типично для генов, участвующих в основных функциях организма.
В совокупности эти результаты означают, что аппарат репликации ДНК мимивируса является древним и эволюционировал в течение длительного периода времени. Это свидетельствует в пользу редукционной гипотезы: аппарат репликации ДНК уже существовал у одноклеточного предка, а гигантские вирусы сформировались после утраты других структур, сохранив только части генома, связанные с репликацией.
«Наши выводы очень интересны, потому что они проясняют, как эволюционировала жизнь на Земле, — говорит доктор Кондабагил. — Поскольку эти гигантские вирусы, вероятно, существовали до разделения одноклеточного предка на бактерии, археи и эукариоты, они должны были оказать большое влияние на последующую эволюционную траекторию эукариот, которые являются их хозяевами».
Помимо вклада в фундаментальные научные знания, эта работа может заложить основу для трансляционных исследований в области генной инженерии и нанотехнологий. Более глубокое понимание механизмов самокопирования и самосборки вирусов может позволить модифицировать их для репликации нужных генов или создать наноботов на основе принципов их функционирования.