Антарктические микроорганизмы раскрыли секрет происхождения вирусов

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), изучающие микроорганизмы в одном из самых солёных озёр в Антарктиде, сделали открытие, вероятно, объясняющее одну из самых больших загадок в эволюции: происхождение вирусов. 

Вирусы, напомним, не похожи на другие формы жизни. Сам по себе вирус – это инфекционный агент — небольшой фрагмент генетического материала, заключённого в белковую оболочку под названием капсид. Вирусы могут воспроизводиться только внутри живых клеток и разные из типы способны поражать все виды организмов – от растений и животных до бактерий.

При попадании в живую клетку вирус заставляет её делать копии самого себя – так он размножается в организме своего носителя. Природу вирусов учёные исследуют уже очень много лет, однако до сих пор было не ясно их происхождение.

Новое исследование австралийской команды проясняет этот вопрос. В ходе работы учёные в течение 18 месяцев отбирали пробы воды в отдалённых районах Антарктиды, а затем проводили анализ микроорганизмов, в том числе тех, которые способны выживать в условиях экстремального холода.

Неожиданно специалисты обнаружили антарктических солелюбивых одноклеточных – галоархей (haloarchaea). Вид назвали Halorubrum lacusprofundi R1S1. Интересны они тем, что содержат особого рода плазмиды  – это небольшие молекулы ДНК, которые могут самопроизвольно реплицироваться в клетке-хозяине и которые часто содержат гены, полезные организму (правда, частью основного генома не являются).

Найденные плазмиды, получившие название pR1SE, продемонстрировали необычное поведение. Оказалось, что гены, которые они содержат, позволяют им создавать вокруг себя везикулы – липидные мембрано-защищённые сумки (именно за их изучение исследователи удостоились Нобелевской премии по физиологии и медицине 2013 года). Иными словами, pR1SE действуют подобно вирусам.

Более того, эти плазмиды точно так же, как и вирусы, ведут "охоту". Они инфицируют микроорганизм: продуцируют белки, которые попадают в мембрану хозяина и расщепляют её, а затем оставляют в клетке плазмидную ДНК. После плазмиды отправляются на поиски нового хозяина.

Любопытно, что при таком поведенческом сходстве с вирусами pR1SE несут гены, которые встречаются исключительно среди плазмид и к вирусам не имеют никакого отношения.

Это наблюдение позволило исследователям предположить, что вирусы могли развиться из плазмид, таких как pR1SE, путём приобретения генов у их хозяина. Эти гены помогли вирусам создавать более прочную белковую оболочку вместо мягкой везикулы (кстати, у некоторых вирусов присутствуют оба вида оболочек сразу).

"Это первый случай, когда подобный механизм был задокументирован", — отмечает ведущий автор исследования Сюзанна Эрдманн (Susanne Erdmann). По её мнению, везикулы, созданные плазмидами pR1SE, могут быть эволюционными предшественниками некоторых более структурированных защитных покрытий, "разработанных” вирусами, — покрытий, благодаря которым последние и стали такими успешными захватчиками.

У исследователей, напомним, существует три основные гипотезы происхождения вирусов: регрессивная гипотеза (некоторые клетки регрессировали в более простые формы), гипотеза клеточного происхождения (вирусы могли появиться из фрагментов ДНК или РНК, которые "высвободились" из генома более крупного организма) и гипотеза коэволюции (вирусы возникли из сложных комплексов белков и нуклеиновых кислот в то же время, что и первые живые клетки).

Исследование австралийских учёных добавляет ещё один довод в пользу второй гипотезы, полагают эксперты. Скорее всего, вирусы "сбежали" из первых клеток, существовавших на нашей планете.

Добавим, что галоархеи, чьи плазмиды стали предметом изучения, были обнаружены в озере Глубоком на отметке в 36 метров. Этот водоём отделился от океана около 3500 тысяч лет назад, в результате чего в нём сохранилась океаническая вода, которая с испарением некоторого количества влаги стала настолько солёной, что не замерзает даже при температуре минус 20 градусов по Цельсию. Озеро располагается на 50 метров ниже уровня моря. Ранее в этом же озере были обнаружены микробы-экстремалы, которые обмениваются ДНК, чтобы выжить.

Научная статья по итогам исследования опубликована в издании Nature Microbiology.

Кстати, ранее учёные открыли полторы тысячи неизвестных науке вирусов, которых миллиарды лет переносили беспозвоночные.