Учёные предлагают рассматривать вирусы как полноправный домен жизни

Древо жизни, на котором вирусам пока что ещё нет места (рисунок Nemo Ramjet).

Исследователи из Университета Иллинойса (США) и Корейского НИИ бионаук и биотехнологий пришли к выводу, что вирусы можно с полным правом включить в древо жизни, потеснив на этом дереве бактерий, архей и эукариот. Обычно, когда рассуждают о происхождении и развитии жизни на Земле, вирусы предпочитают держать в стороне: уж слишком их неклеточная организация расходится с представлением, что всякая жизнь — это прежде всего клетка. Существует вполне уважаемая гипотеза, согласно которой вирусы — всего лишь взбесившиеся молекулярные комплексы, которые вырвались на свободу из клеток-предшественников. Однако, как сказано в свежем выпуске BMC Evolutionary Biology, у вирусов есть полное право претендовать на звание четвёртого «живого» домена.

Выводы учёных основываются на картине родства разных групп жизни относительно друг друга. Обычно развитие и происхождение того или иного вида оценивается по его ДНК: гены разных видов, отрядов, семейств и т. д. сравниваются друг с другом, и в итоге становится примерно ясно, кому сколько лет и кто чей родственник. Самые-самые древние гены есть обычно у всех организмов, от бактерий до человека, и чем моложе вид, тем больше у него попадается генетических «инноваций».

Однако на сей раз исследователи решили искать не в ДНК, а в белках, в пространственном строении белковых молекул. Давно известно, что каждый вид белков обладает уникальной 3D-структурой, которая в конечном счёте определяет его свойства и функции. Но трёхмерный портрет молекулы слагается из разных «кирпичей», или, лучше сказать, строительных блоков — структурных мотивов. Полипептидная цепь одним своим фрагментом может свёрнута так, другой фрагмент уложен как-то иначе, и т. д., и такие структурные мотивы повторяются у разных белков. Однако в сумме они дают уникальную архитектуру, которая может быть похожа на другие, но всё-таки является индивидуальным портретом вот этого конкретного белка.

По словам авторов работы, такие структурные мотивы могут быть настоящими живыми ископаемыми, которые без изменений существуют миллионы и миллиарды лет, путешествуя от белка к белку. Они, как полагают учёные, более надёжные свидетели, чем последовательности ДНК: нуклеиновые кислоты допускают большую степень изменчивости, однако на уровне белковой молекулы эти изменения в ДНК нивелируются, чтобы самое важное — пространственная укладка белковой молекулы — осталась неизменной.

Потрет одного из крупнейших современных вирусов — мимивируса (фото vanou).

Легко догадаться, что проделали авторы статьи: они проанализировали структурные мотивы укладок белков среди более чем тысячи организмов, включая три основных домена жизни — плюс вирусы. Особое внимание было обращено на гигантские вирусы (такие как мимивирус), поскольку известно, что у них в геноме есть белки, необходимые для синтеза белка. Это довольно странная черта для вируса, так как все они обычно используют белок-синтезирующие машины заражённой клетки. Соответственно, было выдвинуто предположение, что вирусы каким-то образом в прошлом похитили эти гены у своих хозяев.

Исследователям, однако, удалось обнаружить, что у вирусных белков обнаруживаются древнейшие структурные мотивы, причём настолько древние, что происхождение вирусов может относиться едва ли не ко времени последнего универсального общего предка, от которого произошли все живые организмы. То есть вирусные белки оказались не только встроены в общий путь развития жизни, но и оказались где-то у истоков этого пути. Более того, похоже, в прошлом все вирусы были гигантскими и имели гораздо более обширные геномы, чем мы видим у них сейчас. То есть вот эта неклеточность, которая так смущает биологов, вполне могла быть обычным движением от сложного к простому, как это можно видеть на примере эволюции паразитов.

Как выглядели и чем занимались древнейшие вирусы? Об этом можно только догадываться (впрочем, возможно, что исследователи в конце концов и догадаются). Авторы работы говорят, что их исследование не единственное в этом роде, и что другие учёные, работающие с гигантскими вирусами, склоняются к похожим выводам.

Напоследок стоит ещё раз подчеркнуть важную тонкость: учёные не занимаются вопросом, являются ли вирусы живыми, то есть соответствуют ли они некоему предначертанному идеалу «Живого». Они лишь выясняют, можно ли называть вирусы живыми, то есть в каких связях с уже имеющейся «жизнью» они находятся, развивались ли в её русле или представляют какой-то странный вид существования материи. Так что, возможно, наши представления о возникновении и развитии жизни на планете придётся снова пересмотреть — уже с учётом «живых» вирусов.

Подготовлено по материалам Университета Иллинойса.