Вирусы-гибриды: как скрещивание РНК- и ДНК-вирусов порождает новые формы
Вирусы способны обмениваться фрагментами генома не только друг с другом, но и с носителями, постоянно приобретая новые свойства. Новое исследование в журнале mBio, проведённое под руководством вирусолога Арвинда Варсани, посвящено недавно открытому классу вирусов, демонстрирующих необычайную генетическую гибкость.
Эти вирусы, названные круцивирусами, представляют собой гибридные или химерные формы, объединяющие компоненты как РНК-, так и ДНК-вирусов. Это доказывает, что ранее чётко разделённые геномные домены могут смешиваться.
Открытие и распространение
Последовательности круцивирусов впервые были идентифицированы в 2012 году группой Кеннета М. Стедмана в экстремальной среде — озере Бойлинг-Спрингс в Калифорнии. Почти одновременно Варсани и группа Майи Брайтбарт обнаружили круцивирус в образце стрекозы из Флориды.
С момента открытия круцивирусы найдены в разнообразных средах по всему миру: от озёр Нью-Йорка и Флориды до Антарктики и глубоководных отложений. До текущего исследования было известно около 80 различных круцивирусов; новое исследование расширяет их число до 461.
Для идентификации использовалась вирусная метагеномика — метод секвенирования вирусного генетического материала, полученного непосредственно из окружающей среды, без необходимости культивирования вируса в лаборатории.
Структура и происхождение
Круцивирусы относятся к классу CRESS-ДНК вирусов (circular Rep-encoding single-stranded DNA), недавно классифицированных в тип Cressdnaviricota. Их ключевая особенность — белок Rep, обеспечивающий репликацию по механизму rolling circle.
Уникальность круцивирусов в том, что они также содержат капсидный белок, характерный для РНК-вирусов семейства Tombusviridae (инфицирующих растения). Таким образом, они сочетают кодирующие компоненты, унаследованные как от ДНК-, так и от РНК-вирусов.
Происхождение этой гибридной структуры остаётся загадкой. Предположительно, произошёл латеральный перенос генов — возможно, от инфицированной клетки, другого вируса или бактериального симбионта. Способность заимствовать генетические черты у столь далёких источников могла дать одноцепочечным ДНК-вирусам значительное адаптивное преимущество.
Масштабное исследование и эволюционные связи
В текущем исследовании проанализированы 461 круцивирус и 10 капсид-кодирующих циркулярных генетических элементов из различных сред и организмов (от умеренных озёр до вечной мерзлоты, от красных водорослей до беспозвоночных).
Анализ указывает на группу SAR (Stramenopiles/Alveolates/Rhizaria) — разнообразнуюassemblage эукариот, включающую многие фотосинтезирующие организмы, — как на вероятных хозяев этих вирусов (требует подтверждения).
Собрав сети сходства белков круцивирусов с родственными вирусами, исследователи обнаружили активный обмен генетическими признаками между крупными семействами вирусов, включая Geminiviridae, Circoviridae, Nanoviridae, Alphasatellitidae, Genomoviridae, Bacilladnaviridae, Smacoviridae и Redondoviridae.
Значение и перспективы
Существование круцивирусов может пролить свет на ранний переход от РНК как первичной молекулы наследственности к более сложным ДНК-геномам, доминирующим в клеточном мире. Вирусы, возможно, сыграли ключевую роль в этом переходе, выступая в качестве геномного моста между РНК- и ДНК-мирами на заре возникновения жизни.
Способность круцивирусов заимствовать геномные элементы из самых удалённых областей вирусного последовательностного пространства suggests, что совершенно новые группы вирусов могут возникать в результате активных рекомбинационных событий между эволюционно далёкими формами.