Ученые нашли общую ДНК у вирусов-"киллеров" и черной вдовы

Генетики неожиданно обнаружили общие черты между вирусами-бактериофагами, убивающими микробами, и пауками-черными вдовами, что указывает на необычные отношения между вирусами-"киллерами", их "коллегами"-пауками и паразитами беспозвоночных,  говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Болезни и инфекции не являются чем-то, чем страдает только человек и другие многоклеточные существа – между бактериями и вирусами уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание. Следы этой войны можно встретить повсеместно – так, в каждом миллилитре морской воды содержится до миллиарда "боевых вирусов"-бактериофагов, и примерно 70% морских микроорганизмов заражены ими.

За миллиарды лет эволюции вирусы научились обходить внимание защитных систем микробов, а последние – приобрели своеобразный генетический "антивирус", систему CRISPR-Cas9, которая находит следы вирусной ДНК в геноме микроба и заставляет его совершить суицид для защиты соседних бактерий. Кроме того, бактерии научились прятаться внутри клеток других живых существ, куда вирусам не так просто попасть.

Сара и Сет Борденштейн (Seth Bordenstein) из университета Вандербильта в Нэшвилле (США) раскрыли крайне необычный виток этой биологической "нановойны" и открыли пока первый пример нарушения главного закона жизни вирусов, изучая геномы двух "комбатантов" этого конфликта – бактерии-паразита вольбахии, заражающей клетки пауков и насекомых, и ее главного врага, бактериофага WO.

Изучив геномы четырех штаммов этого бактериофага, генетики заметили нечто удивительное – их генетический код, состоявший из примерно 65 тысяч "букв"-нуклеотидов, содержал в себе достаточно крупный кусок, который по своему строению был похож не на ДНК или РНК вирусов или микробов, а на гены многоклеточных существ. Длина этого участка была столь большой, что его добавление к геному вируса фактически удваивало его размер.

Изучив их структуру, ученые с удивлением обнаружили, что эти гены представляют собой почти полные копии обрывков ДНК пауков и насекомых. Они содержали в себе инструкции по сборке латротоксина, яда черной вдовы, других токсинов членистоногих, гены муравьев, связанные с транспортировкой белков через мембраны клеток, а также участки ДНК, помогающие избегать внимания иммунной системы. С подобным поведением вирусов ученые сталкиваются впервые, так как раньше считалось, что бактериофаги и прочие вирусы "нацелены" на заражение лишь одного царства живых существ.

Откуда могли взяться эти гены у вируса? Как полагают ученые, бактериофаг "позаимствовал" у организмов тех насекомых и паукообразных, в клетки которых вольбахия научилась проникать во время своей эволюции. Гены пауков и муравьев, по мнению ученых, помогают вирусу беспрепятственно проникать в их клетки, находить там бактерии, заражать и уничтожать их. Это помогает вирусу размножаться, а их "сообщникам"-беспозвоночным – избавляться от паразита.

Подобное "воровство" генов не является чем-то необычным для мира природы. Ученые называют данный феномен горизонтальным переносом генов. Ранее считалось, что межвидовой обмен генами или горизонтальный перенос происходит, в основном, среди бактерий и других одноклеточных организмов. Однако позже гены бактерий-паразитов и даже растений были обнаружены в ДНК некоторых насекомых и беспозвоночных.

В частности, в феврале 2015 года биологи выяснили, что морские слизни Elysia chlorotica украли целый ряд генов у водорослей, которые помогают им воровать хлоропласты из клеток поедаемых ими растений и использовать их для фотосинтеза. Подобная "кража" является очень необычной, так как раньше ученые даже и не думали, что гены растений смогут работать внутри клеток животного. Теперь в их число входят и вирусы, научившиеся красть гены у беспозвоночных.