Энергетическая цена вируса: сколько энергии крадут вирусы у хозяина
Вирусы, находясь на грани живого и неживого, для размножения должны заразить живую клетку и захватить её ресурсы. Новое количественное исследование учёных из Калтеха впервые оценило энергетическую нагрузку, которую различные вирусные процессы создают для клетки-хозяина. Работа опубликована 16 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи из лаборатории Роба Филлипса изучили два типа вирусов:
- Бактериофаг T4 (с ДНК), заражающий бактерии.
- Вирус гриппа (с РНК), заражающий клетки млекопитающих.
Они оценили энергию, необходимую для ключевых этапов жизненного цикла вируса: репликации генетического материала, трансляции вирусных белков для построения капсида и самосборки новых вирусных частиц.
Результаты: две разные стратегии
Расчёты общей стоимости инфекции для клетки-хозяина показали:
- Бактериофаг T4 захватывает ~30% энергетических ресурсов бактерии-хозяина, производя около 200 новых вирусных частиц перед тем, как клетка лопнет (достигнет burst size).
- Вирус гриппа отбирает лишь ~1% энергии клетки млекопитающего, но создаёт при этом около 6000 новых вирусов.
«Вы могли бы подумать, что вирус захочет истощить как можно больше энергии хозяина, чтобы максимизировать выход новых частиц, — говорит первый автор работы, аспирант Гита Махмудабади. — Но наши оценки показывают, что эта стратегия лучше всего подходит вирусам, заражающим одноклеточные организмы, например, бактерии. Мы были удивлены, узнав, что вирусы, заражающие многоклеточные организмы, такие как вирус сезонного гриппа, забирают лишь малую долю энергии хозяина. Мы полагаем, что это может отражать стратегию гриппа, направленную на обеспечение как немедленного, так и долгосрочного выживания за счёт щажения своего многоклеточного хозяина».
Исследование закладывает основу для понимания энергетических ограничений, определяющих жизненные циклы и эволюцию вирусов, что в перспективе может привести к созданию более эффективных вакцин и методов лечения.