Учёные обнаружили крупный спящий вирус, который можно реактивировать в модельной зелёной водоросли

Исследователи десятилетиями изучали зелёную водоросль Chlamydomonas reinhardtii, не обнаруживая признаков активного вируса в ней, — пока двое учёных из Виргинского технологического университета не вступили в эту область.

Мария Паула Эрасо-Гарсия и Фрэнк Эйлуорд не только нашли вирус в водоросли, но и открыли самый крупный из известных вирусов с латентным циклом инфекции. Это означает, что он впадает в спячку в клетке-хозяине, а затем реактивируется, вызывая заболевание.

«Мы давно знаем о латентных инфекциях, — сказал Эйлуорд, доцент кафедры биологических наук. — Многие вирусы являются умеренными, то есть могут встраивать свой геном в геном хозяина и иногда долго оставаться в спячке. Но что удивительно в этом вирусе, так это его размер. Это самый крупный умеренный вирус, обнаруженный на сегодняшний день с таким циклом заражения».

Эрасо-Гарсия, аспирант и член лаборатории Эйлуорда, стала ведущим автором статьи с результатами исследования, опубликованной в журнале Science.

Исследователи использовали международное сотрудничество и ресурсы кампуса, включая Центр геномного секвенирования Института наук о жизни Фралина и Лабораторию наномасштабной характеризации и изготовления Виргинского технологического университета, чтобы обнаружить вирус, названный ими Пунуивирус.

Они показали, что, будучи встроенным в геном хозяина, вирус может реактивироваться и спонтанно производить вирусные частицы, которые высвобождаются в здоровых клеточных культурах.

Помимо новых открытий, учёные полагают, что исследование также прольёт свет на потенциальные биотехнологические применения, особенно связанные с доставкой и интеграцией ДНК. Это потенциально можно использовать для целей генного редактирования.

«Захватывающе думать, что все эти процессы, которые мы пытаемся сконструировать в других системах, уже естественным образом происходят здесь, — сказал Эйлуорд. — Это прекрасная возможность изучить, как вирусные ферменты инициируют интеграцию ДНК, потому что их можно использовать для биотехнологических целей».

По словам Эйлуорда, Chlamydomonas reinhardtii — одна из наиболее изученных зелёных водорослей. Учёные располагают данными с 1970-х годов, указывающими на вирусную продукцию в здоровых культурах некоторых зелёных водорослей. Они подозревали, что это может быть связано с активностью латентных вирусов, но доказать это было сложно из-за технологических ограничений и возможности загрязнения из окружающей среды.

Обычно, если здоровая водоросль с плотной зелёной культурой инфицирована, клетки быстро погибают, и это видно визуально. Клетки часто слипаются, а зелёная колба быстро становится прозрачной.

«[Изначально] мы этого вообще не наблюдали, — сказал Эйлуорд. — Культура выглядела совершенно здоровой. Вы бы не узнали, что есть какая-либо вирусная инфекция, если бы не провели эти сложные молекулярные анализы».

Чтобы проверить наличие вирусных элементов в водоросли, исследователи провели секвенирование длинными прочтениями — процесс анализа длинных цепочек ДНК — на конкретном штамме водоросли, известном содержанием вирусных элементов. Эта работа была проведена в Центре геномного секвенирования при дополнительном руководстве Института биологии Макса Планка в Тюбингене.

Затем они оценили, активен ли вирусный элемент и может ли он производить вирусные частицы, отслеживая продукцию вируса-предка в культурах от инокуляции до стационарной фазы. Была обнаружена отдельная популяция вирусных частиц.

«Нам нужны были доказательства, что он там есть, — сказала Эрасо-Гарсия, изучающая биологические науки. — И получение изображений — один из самых убедительных способов убедить научное сообщество, что это активный вирус».

Культуры показали, что вирусы-предки продуцировались на поздней экспоненциальной и ранней стационарной фазах роста хозяина, и что лишь небольшое количество клеток содержало активные вирусы, что и объясняло трудность обнаружения инфекции.

Дальнейшее исследование в Лаборатории наномасштабной характеризации и изготовления Виргинского технологического университета показало, что вирусные частицы присутствуют в культурах, что снова продемонстрировало латентную инфекцию.

Коллаборация была ключевой: Эйлуорд и Гарсия также работали с исследователями из Лундского университета в Швеции и Королевского института морских исследований в Нидерландах, сравнивая данные, указывающие на сходную динамику инфекции, а также с учёными из Университета Майами, где коллега помог заложить основу, приведшую к открытию.