В древних гигантских вирусах скрыта правда об эволюции ядра эукариотических клеток

Согласно наиболее распространённым теориям, эукариотическая клетка — продукт внутриклеточной эволюции прото-эукариот и симбиотических отношений с бактериями и археями. Однако, как отмечает профессор Масахару Такэмура из Токийского университета науки, эти гипотезы не объясняют точный процесс эволюции ядра.

В своей статье в Frontiers in Microbiology Такэмура развивает гипотезу, корни которой уходят в 2001 год. Тогда он и П.Дж. Белл выдвинули революционное предположение, что крупные ДНК-вирусы, такие как поксвирус, могли быть связаны с возникновением ядра эукариотической клетки. Основанием послужило сходство между ядром и поксвирусами, в частности, свойство хранить геном в отдельном компартменте.

Дальнейшие параллели обнаружились с открытием «гигантских вирусов» диаметром до 2.5 μm, содержащих ДНК, кодирующую более 400 белков. Филогенетические анализы указали на латеральный перенос генов между этими вирусами и эукариотическими клетками в процессе эволюции.

В 2019 году Такэмура и коллеги совершили прорывное открытие — медузавирус. Он получил название за способность вызывать инцистирование (образование твёрдой оболочки) у клетки-хозяина. Эксперименты с заражением амёбы показали, что медузавирус содержит:

• Полный набор гистонов, похожих на гистоны эукариот.
• Гены ДНК-полимеразы и мажорного белка капсида, очень сходные с генами амёбы.
• В отличие от других вирусов, он не строит собственной «вирусной фабрики» в цитоплазме для репликации ДНК и не имеет для этого необходимых генов. Вместо этого он полностью занимает ядро хозяина и использует его ядерные механизмы для репликации.

Эти особенности, по мнению Такэмуры, указывают на латеральный перенос генов между предковым медузавирусом и прото-эукариотическими клетками-хозяевами: вирус приобрёл гены синтеза (ДНК-полимераза) и конденсации ДНК (гистоны), а хозяин — гены структурных белков (мажорный белок капсида). Эта гипотеза распространяется и на другие гигантские вирусы.

Таким образом, медузавирус стал ключевым доказательством вирусного происхождения эукариотического ядра, связывающим открытие 2019 года с гипотезой 2001 года. Эта обновлённая гипотеза может существенно повлиять на изучение происхождения эукариотических клеток и дать основу для дальнейшего обсуждения роли вирусов в эволюции ядра.