Первое наблюдение прикрепления вируса к другому вирусу

До сих пор никто никогда не видел, чтобы один вирус прикреплялся к другому. Аномальные результаты секвенирования привели команду из Университета Мэриленда в округе Балтимор (UMBC) к открытию первого в своём роде.

Известно, что некоторые вирусы, называемые сателлитами, зависят для завершения своего жизненного цикла не только от организма-хозяина, но и от другого вируса, известного как «хелпер» (помощник), объясняет профессор биологических наук Иван Эрилл. Сателлитному вирусу нужен хелпер либо для построения своего капсида (защитной оболочки, заключающей генетический материал вируса), либо для помощи в репликации своей ДНК.

Эти вирусные отношения требуют, чтобы сателлит и хелпер находились в непосредственной близости друг от друга, но не было известно случаев, когда сателлит физически прикреплялся к хелперу — до сих пор.

В статье, опубликованной в The ISME Journal, команда UMBC и коллеги из Вашингтонского университета в Сент-Луисе описывают первое наблюдение последовательного прикрепления сателлитного бактериофага (вируса, инфицирующего бактериальные клетки) к хелперному бактериофагу в области его «шеи» — где капсид соединяется с хвостом вируса.

На детальных изображениях, полученных с помощью электронной микроскопии Тагид деКарвалью, помощником директора основных объектов Колледжа естественных и математических наук и первым автором новой статьи, у 80% (40 из 50) хелперов был обнаружен сателлит, прикреплённый к шее. У тех, у кого его не было, на шее присутствовали остатки «щупалец» сателлита. Эрилл, старший автор статьи, описывает их как похожие на «следы укусов».

«Когда я это увидела, я подумала: „Не могу в это поверить“. Никто никогда не видел, чтобы бактериофаг — или любой другой вирус — прикреплялся к другому вирусу», — говорит деКарвалью.

Долгосрочные вирусные отношения

После первоначальных наблюдений Элия Масколо, аспирант исследовательской группы Эрилла и соавтор статьи, проанализировал геномы сателлита, хелпера и хозяина, что выявило дополнительные clues об этих никогда ранее не виданных вирусных отношениях. Большинство сателлитных вирусов содержат ген, позволяющий им интегрироваться в генетический материал клетки-хозяина после проникновения в клетку. Это позволяет сателлиту размножаться всякий раз, когда в клетку впоследствии попадает хелпер. Клетка-хозяин также копирует ДНК сателлита вместе со своей собственной при делении.

Образец бактериофага из Вашингтонского университета также содержал хелпер и сателлит. У этого сателлита есть ген интеграции, и он не прикрепляется напрямую к своему хелперу, что аналогично ранее наблюдаемым системам сателлит-хелпер.

Однако сателлит в образце UMBC, названный студентами, которые его выделили, MiniFlayer, является первым известным случаем сателлита без гена интеграции. Поскольку он не может интегрироваться в ДНК клетки-хозяина, он должен находиться рядом со своим хелпером — названным MindFlayer — каждый раз при попадании в клетку-хозяина, если хочет выжить. Учитывая это, хотя команда и не доказала это объяснение напрямую, «прикрепление теперь обрело полный смысл», — говорит Эрилл, — «потому что иначе как гарантировать, что вы попадёте в клетку одновременно?»

Дополнительный биоинформатический анализ, проведённый Масколо и Хулией Лопес-Перес, другой аспиранткой, работающей с Эриллом, показал, что MindFlayer и MiniFlayer долгое время co-эволюционировали. «Этот сателлит настраивал и оптимизировал свой геном для ассоциации с хелпером, я бы сказал, по крайней мере, последние 100 миллионов лет», — говорит Эрилл, что предполагает возможность существования многих других подобных отношений, ожидающих своего открытия.

Загрязнение или открытие?

Это революционное открытие легко можно было упустить. Проект начался как обычный семестр в программе SEA-PHAGES — исследовательском курсе, где студенты бакалавриата выделяют бактериофаги из environmental samples, отправляют их на секвенирование, а затем используют биоинформатические инструменты для анализа результатов. Когда секвенирующая лаборатория в Университете Питтсбурга сообщила о загрязнении в образце от UMBC, в котором ожидался фаг MindFlayer, началось путешествие.

Образец содержал одну большую последовательность: ожидаемый фаг. «Но вместо этого мы также нашли небольшую последовательность, которая не соответствовала ничему из известного нам», — говорит Эрилл, который также является одним из руководителей программы SEA-PHAGES в UMBC, называемой Phage Hunters, вместе со Стивеном Карузо, главным преподавателем биологических наук. Карузо повторил выделение, отправил образец на секвенирование — и получил идентичные результаты.

Именно тогда команда привлекла деКарвалью, чтобы получить визуальное представление о происходящем с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) в Центре визуализации Кита Р. Портера (KPIF) UMBC. Без изображений открытие было бы невозможно.

«Не у всех есть ПЭМ в распоряжении», — отмечает деКарвалью. Но с приборами в KPIF, говорит она, «я могу следить за некоторыми из этих наблюдений и подтверждать их с помощью визуализации. Есть элементы открытия, которые мы можем сделать, только используя ПЭМ».

Открытие команды закладывает основу для будущей работы по выяснению того, как именно прикрепляется сателлит, насколько распространено это явление и многое другое. «Вполне возможно, что многие бактериофаги, которые люди считали загрязнёнными, на самом деле были этими системами сателлит-хелпер», — говорит деКарвалью, — «так что теперь, с этой статьёй, люди, возможно, смогут распознать больше таких систем».