Віруси “кусають” інші віруси, наче крихітні вампіри

Якщо розкласти життя на найпростіші складові, то залишаться фрагменти генів і білків, які покладаються на клітинні механізми організмів-господарів для свого відтворення – елементи, які ми називаємо вірусами.

Немов доводячи, що навіть у найменших злодіїв немає честі, деякі вірусоподібні утворення, відомі як мобільні генетичні елементи (МГЕ), можуть втручатися в ці клітинні крадіжки, використовуючи викрадення для просування власних егоїстичних інтересів (час від часу обдаровуючи свого господаря подарунком чи двома подарунками).

Хоча давно відомо, що під час вторгнення в клітину-хазяїна МГЕ доводиться підкрадатися до так званих вірусів-помічників, ніхто не усвідомлював, наскільки близько деякі з них можуть підібратися до неї.

Але тепер дослідження, проведене вченими з Університету Меріленда в окрузі Балтімор (UMBC), виявило чіткі ознаки того, що МГЕ чіпляються за шиї своїх помічників, коли вони інфікують популяцію бактеріальних клітин.

“Коли я побачив це, я подумав: “Я не можу в це повірити”, – розповідає біолог і провідний автор дослідження Тагіде де Карвальо (Tagide deCarvalho).

“Ніхто ніколи не бачив, щоб бактеріофаг – або будь-який інший вірус – прикріплювався до іншого вірусу”.

На фундаментальному рівні, всі живі істоти по суті є недосконало реплікованими послідовностями нуклеїнової кислоти. Той факт, що наші гени плавають всередині мікроскопічних сміттєвих пакетів, наповнених наваристим супом з білків, жирів, мінералів і вуглеводів, є майже другорядним – всі ці додаткові матеріали в кінцевому підсумку забезпечують збереження і реплікацію генів.

Якщо ген може впоратися з цим завданням без необхідності кодувати свій власний складний рецепт метаболічного механізму, то хвала йому!

Різновид МГЕ, відомий як нуклеїнова кислота-сателіт, є настільки ж голим, наскільки голим є життя. Не маючи кодів для виробництва критично важливих елементів, таких як капсула, ці послідовності покладаються на присутність інших вірусів для виготовлення своїх механізмів.

Фаг ентеробактерій P4 – один з таких прикладів. Усередині бактерії Escherichia coli P4 може або вбудовуватися в геном клітини, або просто “зависати” у вигляді фрагмента позаядерної ДНК, відомої як плазміди.

Все змінюється, коли він ділить свого господаря з фагом ентеробактерій P2. Немов короткозора нянька, яка просто не може сказати “ні”, P2 в’яже білкові пальта за наполяганням P4, інкапсулюючи всі фрагменти нуклеїнової кислоти-супутника, поки клітина не лусне і не відправить їх на холод заражати нову територію.

Це останнє відкриття дає новий погляд на цей процес. Досліджуючи те, що вони спочатку вважали простим забрудненням, дослідники виявили нову групу фагів-сателітів, які атакують вид бактерій Streptomyces.

На відміну від фага P4s, що вражає ентеробактерії, цей фаг може утворювати власну оболонку. Чого йому бракує, так це візерунка для “штанів” – довгого хвостоподібного відростка, який багато фагів використовують, щоб протикати собі шлях крізь стінки та мембрани хазяїна. Для цього йому потрібен власний помічник.

Вивчаючи під електронним мікроскопом зображення цих незвичайних MGE, які займаються своїми справами, деКарвальо та її команда помітили, що сателіти не просто об’єднуються з помічником, але й іронічно використовують свої хвости, щоб схопити більший вірус.

Репрезентативне електронно-мікроскопічне зображення сателіта та фагів-помічників. Зв’язану пару можна побачити на зображенні D, а на зображенні E – залишки хвостових волокон сателіта. (deCarvalho et al., The ISME Journal, 2023)

Близько 40 з 50 фагів-помічників, яких нарахувала команда, мали супутника, що чіплялися до них, як якийсь мікроскопічний вампір. У 10 з них, які не мали супутника, все ще можна було побачити потерті залишки волокон, які обвивали їхнє горло (подібно до “слідів укусів”, як кажуть дослідники).

Подальше дослідження показало, що супутник був позбавлений ще одного поширеного вірусного інструменту. Він не мав можливості вплітати свої гени в геном хазяїна. Зважаючи на те, що MGE не зміг зберегти себе всередині ДНК хазяїна, має сенс стати молюском на шиї помічника.

“Приєднання зараз має сенс, тому що в іншому випадку, як ви збираєтеся гарантувати, що ви потрапите в клітину в той самий час?”, – пояснює старший автор статті Іван Ерілл, комп’ютерний біолог з UMBC.

Зважаючи на те, що це відкриття було майже відкинуто, оскільки блукаюча ДНК забруднювала експеримент, цілком можливо, що існує безліч інших прикладів систем супутників-помічників, що ховаються в насіннєвому підчерев’ї мікроскопічного всесвіту.

Це дослідження було опубліковане в The ISME Journal..