Исследователи используют древний ген для изучения биологии вирусов

Учёные из Университета Делавэра обнаружили, что древний ген — рибонуклеотидредуктаза (RNR), присутствующий во всей клеточной жизни, — даёт важные биологические сведения о характеристиках неизвестных вирусов в море.

Результаты этой работы могут в конечном итоге привести к созданию новых инструментов для понимания внутренних процессов морских микробных сообществ.

Эрик Воммак, главный исследователь проекта, объяснил: "Всё сводится к движению углерода и питательных веществ через системы. Везде, где есть вирусы, заражающие бактерии, а это везде, это возможный инструмент, который можно использовать".

Большую часть работы провёл Эрик Саковски, докторант, вместе с командой студентов. Результаты исследования будут опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Мэтт Кейн из NSF отметил: "Это исследование проливает свет на вирусную 'тёмную материю'... Идентификация рибонуклеотидредуктазы как маркера для изучения разнообразия и экологии вирусов — это важный новый инструмент".

Биологические классификации

Ключевая задача биологов — разработка схем классификации. Современные технологии позволяют изучать гены. "Глядя на последовательность ДНК, это как запись эволюционных изменений", — сказал Воммак.

RNR

Исследование, начатое в 2011 году, "дистиллирует вирусную биологию до уровня этого единственного гена RNR, который является очень древним. Возможно, он был критически важен для возникновения ДНК-жизни".

Саковски добавил, что ген "настолько древний, что он есть в каждой известной клетке на планете". Многие вирусы также имеют этот ген, но проблема в том, что большинство природных вирусов полностью неизвестны. "Единственное, что у нас есть, — это генетическая последовательность", — сказал он.

Вирусные предсказания

Поскольку RNR очень стар и критичен для репликации ДНК, исследователи решили, что этот ген подходит для связи его эволюционной истории с биологией вирусов.

Саковски использовал RNR-последовательности известных вирусов, чтобы найти биологические тенденции для контекстуализации неизвестных вирусов. Используя этот подход с геном-маркером, он обнаружил несколько закономерностей.

"Ген-маркер, такой как RNR, — это конкретный ген, который мы используем для понимания эволюционных взаимоотношений и структуры сообщества вирусных популяций в окружающей среде", — сказал Саковски.

В морской среде RNR в основном встречается у литических вирусов — вирусов, которые быстро реплицируются. Исследователи считают, что они играют ключевую роль в контроле бактериальных популяций и влияют на потоки энергии и циклы углерода и других питательных веществ.

Сравнивая RNR-последовательности известных и природных вирусов, можно делать предсказания о физической форме и биологии неизвестных вирусов.

"RNR действительно интересен, потому что существует три разных класса фермента в зависимости от его реакции на кислород", — сказал Саковски. Зная, какую версию гена несёт вирус, можно понять условия, в которых он активно реплицируется, и определить, заражает ли он аэробного или анаэробного хозяина.

"Мы действительно можем начать получать представление о некоторых из этих биологических аспектов", — сказал Саковски.

Воммак заявил, что предсказание групп хозяев, которые заражают эти вирусы, было "сложным вопросом... Теперь мы можем заглянуть в вирусное сообщество и потенциально, со временем, делать предсказания о том, какие популяции хозяев могут быть наиболее затронуты вирусной инфекцией".

Теперь, когда эволюционный анализ проведён и связи с биологическими особенностями установлены, исследователи надеются, что эта информация будет использоваться другими учёными.