Вирус адаптируется через новый путь эволюции

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги обнаружили свидетельства нового пути эволюции, бросающего вызов центральному принципу биологии. Это открытие углубляет понимание того, как быстро организмы, такие как вирусы, могут адаптироваться к окружающей среде.

В статье, опубликованной 30 марта в журнале Science, биологи описали серию экспериментов с бактериофагом лямбда. Они обнаружили, что вирус не только заражал «нормальных» хозяев, как и ожидалось, но и — через ранее не наблюдавшийся в эволюции процесс — приобрёл способность заражать новые цели. Эти находки проливают свет на давние загадки о том, как гены приобретают новые функции и как возникают мутации, облегчающие передачу от одного хозяина к другому. Результаты могут быть применены к исследованиям вирусных заболеваний, таких как Зика, Эбола и птичий грипп.

«Это исследование показывает, что вирусы гораздо более адаптивны, чем предполагалось ранее», — сказал Джастин Мейер, старший автор статьи. — «Узнав, как вирусы достигают эволюционной гибкости, мы получаем новое представление о том, как создавать препятствия для появления новых болезней».

Вирусы заражают, прикрепляясь к молекулярным рецепторам на поверхности клеток. Эти рецепторы — «замки», которые вирус должен открыть, чтобы проникнуть внутрь. «Ключами» к замкам служат вирусные белки, называемые белками узнавания хозяина. Учёные знали, что вирусы могут обретать новые ключи с помощью относительно небольшого числа мутаций, но оставалось неясным, как эти мутации впервые появляются.

Эксперименты с фагом лямбда, который заражает бактерии, но не людей, провела Кэтрин Петри. Исследователи обнаружили, что лямбда преодолевает проблему использования нового рецептора, нарушая общепринятое правило молекулярной биологии, согласно которому генетическая информация транслируется в белок.

Петри и коллеги выяснили, что один ген иногда производит несколько разных белков. Вирус лямбда эволюционировал белковую последовательность, склонную к структурной нестабильности, что приводит к созданию как минимум двух разных белков узнавания хозяина. Эти разные типы белков могут использовать разные «замки».

«Нам удалось запечатлеть этот эволюционный процесс в действии», — сказала Петри. — «Мы обнаружили, что "ошибки" белка позволяли вирусу заражать как своего обычного хозяина, так и разные клетки-хозяева. Эта негенетическая вариация в белке — способ получить больше функций из одной последовательности ДНК. Это как акция "купи один — получи один бесплатно" для белка».

Исследователи теперь ищут дальнейшие примеры этого нового эволюционного феномена и изучают, насколько он распространён. Они также переходят к более детальному изучению процессов на уровне отдельных молекул.

«Это очень нетипичная адаптация, эволюционная инновация», — сказал Мейер.