У всех уже есть вирусы, а у вас нет? Несправедливо, согласны. Но не волнуйтесь, в вашем рту, а может, даже в попе наверняка их много, и среди них есть настоящие гиганты. Ученые из Калифорнийского университета в Беркли (США) вместе с коллегами из других штатов и стран недавно поведали о целой плеяде огроменных вирусов-бактериофагов, обнаруженных во ртах людей, кишках свиней, рубцах лосей, рогах чертей и много еще гдей.

Для животных опасности они не представляют – бактериофаги, как понятно из названия, лопают бактерий. Бывает, проникнут в бактерию, накопируют себя на ее копировальном аппарате, заполнят копиями жертву – и та лопается. Пока не очень ясно, как именно размножаются новооткрытые исполины, почему они на порядок больше обычных фагов и что они делают во всех этих Богом забытых местах. Зато уже понятно, что функционируют они столь нетипично для вирусов, что наши взгляды на их место в картине природы в очередной раз придется подкорректировать.

Обнаружены гигантские фаги были случайно, когда профессор Джиллиан Бэнфилд и сотрудники ее лаборатории в Беркли изучали кишечный микробиом бангладешцев, пьющих загрязненную мышьяком воду, с целью узнать, могут ли бактерии этот высокотоксичный элемент как-то обезвредить (не могут). Среди бактериальной ДНК ученые заметили вирусные гены, которые неожиданно сложились в аномально крупные геномы нескольких неизвестных науке фагов. В среднем геномы бактериофагов содержат около 52 тысяч пар нуклеотидных оснований ДНК, но у этих их было больше 540 тысяч!

Традиционными методами обнаружить их не вышло бы: обычно фаги извлекают из бактерий с помощью фильтров с ячейками 100 или 200 нанометров – бактериальные клетки сквозь них не проходят (размер самых мелких известных бактерий – 300 нм), и гигантские фаги, вероятно, тоже не просеялись бы. Никто не знал, что они могут существовать, и потому не пытался искать. Но Бэнфилд использовала другой метод, который начала применять одной из первых еще в конце прошлого века, – метагеномный анализ: изучается сразу весь генетический материал, взятый из какой-либо среды, будь то капелька воды, горстка почвы или какашечка бенгальца.

Узнав о существовании огромных фагов, ученые принялись целенаправленно искать их – и нашли. В фекалиях жителей Танзании и Перу, павианов из Кении и свиней из Дании, в желудках лосей с Аляски, в слюнях беременных из Калифорнии, в озерах Канады и Франции, в гейзерах Юты и горячих источниках Тибета, в биореакторе в ЮАР, на дне морском в Японии и в соли из пустыни Атакама в Чили. Все собранные последовательности фаговой ДНК (в количестве 351) содержали в себе не менее 200 тысяч пар оснований нуклеотидов, четыре полных генома – свыше 630 тысяч, а самый большой из них – 735 тысяч! Геномы многих бактерий и то меньше.

Новые фаги были классифицированы в 10 групп, которые получили названия с использованием слова «огромный» на родных языках ученых, принявших участие в исследовании: Whopperphage (американский английский), Biggiephage (австралийский английский), Enormephage (французский), Kaempephage (датский), Kyodaiphage (японский), Judaphage (китайский), Kabirphage, Dakhmphage и Jabbarphage (арабский), а также Mahaphage (санскрит). Даже древний индус вон поучаствовал, ну а россиян среди авторов работы нет, так что фаги Ogromnophage пока что еще дожидаются своего открытия в топтыгиных какакулях на улицах Твери.

С таким количеством ДНК все эти мегафаги наверняка физически крупнее типичных фагов, а значит, их размножение должно происходить не совсем обычным образом. Типичные фаги создают внутри бактерии сотни своих копий, но фагам-гигантам в таких количествах не хватит места в бактериальной клетке, объясняет Бэнфилд. Возможно, они ограничиваются несколькими копиями – репродуктивная стратегия, которая свойственна крупным млекопитающим, а не мышкам да букашкам.

Кроме того, огромные фаги, похоже, в большей степени контролируют процессы в хозяйских клетках по сравнению с типичными вирусами. Так, у них есть гены, которые предположительно позволяют им вмешиваться в биосинтез белков, осуществляемый бактерией, – они кодируют факторы транскрипции и трансляции, транспортные РНК, доставляющие аминокислоты к рибосомам, и даже белки самих рибосом! Рибосомы – это внутриклеточные фабрики, где осуществляется сборка белков из аминокислот по генетической матрице, и «огромнофаги», кажется, умеют перестраивать их под себя, в результате чего рибосомы начинают игнорировать гены бактерии и посвящают себя производству преимущественно вирусных белков.

Что еще удивительно, в некоторых геномах огромных фагов биологи обнаружили компоненты системы CRISPR-Cas! Например, у двух фагов открыт новый белок, названный CasØ (то есть «фаговый Cas»). Вообще-то CRISPR-Cas считается фишкой бактерий и архей – их иммунной системой, настроенной против вирусов: в геноме микроба сохраняется фрагмент вирусной ДНК, который позволяет ему опознавать вирус при повторной инфекции и запускать производство ферментов-«ножниц», кромсающих ДНК вторженца. Но новооткрытые фаги вторгаются в бактерию со своими «ножницами», которые даже могут быть нацелены на ее ДНК! Это, кстати, помогает вирусу совершить описанный выше переворот в биосинтезе белков и получить власть над рибосомами хозяина. А еще CRISPR-последовательности огромного фага науськивают хозяйские «ножницы» на других фагов – подстегивая иммунную систему бактерии, он избавляется от конкурентов!

Такое необычное поведение вкупе с геномной объемностью фагов-гигантов подливает масла в пламя дискуссий о том, где же проходит граница между живым и неживым. Да, вирусы не могут размножаться самостоятельно и в этом полностью зависят от микробных хозяев. Но по сложности геномов новые фаги превосходят многие клеточные формы жизни, включая ряд бактерий, которые хоть и размножаются сами, но выживают только в симбиозе с другими организмами. К тому же в их геномы заложены механизмы работы с рибосомами, в норме не встречающиеся у неживых штукенций, отмечает Джиллиан Бэнфилд.

«Эти огромные фаги заполняют брешь между неживыми бактериофагами и бактериями с археями, – говорит профессоресса. – Налицо успешные стратегии существования, которые являются гибридными между теми, что практикуют традиционные в нашем понимании вирусы и традиционные живые организмы». Стратегия обладания большим геномом действительно успешна. «Огромнофаги», судя по всему, широко распространены в разнообразных экосистемах Земли, а их родство друг с другом свидетельствует о длительной истории существования такой стратегии, хоть мы и узнали о ней только сейчас.

Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Nature (Al-Shayeb et al., 2020)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем только рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:

ДНК в домике: фаг, которому не страшен CRISPR

Ваши клетки пропускают сквозь себя миллиарды вирусов ежедневно

Оральная иллюзия размера