Геном некоторых вирусов отличается от всего живого на Земле

Вирусы, которые заражают бактерии – их уместно называть бактериофагами – и их жертвы воюют уже целую вечность; каждая сторона разрабатывает более дьявольскую тактику заражения или уничтожения друг друга. В конце концов, некоторые бактериофаги вывели эту гонку вооружений на новый уровень, изменив способ кодирования собственной ДНК. По крайней мере, так думают ученые: как показали результаты сразу трех научных исследований, существует целая армия бактериофагов с нестандартной ДНК, которую исследователи называют Z-геномом. В ходе работы молекулярным биологам удалось показать, что использование Z фагами тех вирусов, которые заражают бактерии, более распространено, чем считалось ранее. Они также описали пути, с помощью которых альтернативный нуклеотид производится и включается в геномы фагов. Но что означают полученные выводы? Совместим ли Z-геном с обычными клеточными механизмами, такими как наш? И можно ли использовать его так же, как начинает использоваться искусственная ДНК?

Пожиратели вирусов

Бактериофаг – это тип вируса, который заражает бактерии. На самом деле слово «бактериофаг» буквально означает «пожиратель бактерий», потому что бактериофаги уничтожают свои клетки-хозяева. Интересно, что все бактериофаги состоят из молекулы нуклеиновой кислоты, которая окружена белковой структурой и размножаются в цитоплазме, поскольку прокариотические клетки не имеют ядра или органелл.

Атакуя жертву, бактериофаг прикрепляется к восприимчивой бактерии и заражает клетку-хозяина. После заражения бактериофаг захватывает клеточный механизм бактерии, чтобы предотвратить ее производство бактериальных компонентов, и вместо этого заставляет клетку производить вирусные компоненты. В конце концов, новые бактериофаги собираются и вырываются из бактерии в процессе, называемом лизисом.

Иногда бактериофаги удаляют часть бактериальной ДНК своих клеток-хозяев во время процесса инфекции, а затем переносят эту ДНК в геном новых клеток-хозяев. Этот процесс известен как трансдукция.

Бактериафаги – самые настоящие пожиратели вирусов.

Микробные войны

В течение многих эпох бактериофаги и бактерии находились в состоянии войны, в которой каждая сторона эволюционировала к более изощренной тактике заражения или уничтожения другой. Можно сказать, они являются воплощением поговорки: «В этом мире нет ничего постоянного, кроме перемен.» Ну а закончилась история тем, что бактериофаги эволюционировали, изменив способ кодирования собственной ДНК.

Как пишет ScienceAlert, новое исследование, опубликованное в трех отдельных статьях, показало, что целая армия бактериофагов имеет Z-геном – нестандартную ДНК, уникальную для остального мира. Геномная ДНК, как известно, состоит из нуклеотидов, которые образуют генетический алфавит – ACTG – который похож на все формы жизни.

Бактериафаги атакуют бактерию.

Но в 1977 году ученые обнаружили, что у цианофага S-2L есть ДНК-вирус, который замещен 2-аминоаденином (Z) по всему геному, что формирует новый генетический алфавит – ZTCG. Исследователи были очарованы этим открытием и впоследствии обнаружили, что ни у одного другого бактериофага Z-генома нет. Подробно ознакомиться с результатами исследований можно здесь, здесь и здесь.

Как работает Z-Геном?

Авторам двух новых исследований удалось показать, как собирается Z-геном и как он работает. Ученые обнаружили, что основа Z-генома состоит из двух основных белков, которые они назвали PurZ и PurB. Третья группа исследователей, тем временем, подтвердила эти выводы и проанализировала фермент DpoZ, который отвечает за сборку Z-генома. Таким образом, сразу три исследовательские группы обнаружили множество бактериофагов, имеющих Z-геномы.

Бактериофаги – это очень древние вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки и клетки архей.

По мнению молекулярного биолога Нью-Йоркского университета Джефа Беке, который не принимал участия в исследовании, «три команды проделали замечательную всестороннюю работу по представлению Z-генома целой армии бактериофагов, которые имеют уникальный вид ДНК». А поскольку бактериофаги на основе Z-генома были обнаружены в метеорите, работа ученых может вызвать интерес к исследованиям происхождения жизни и астробиологии.

И все же, биологи вынуждены признать – Z-геном по-прежнему таит в себе множество вопросов, ответов на которые пока нет. К ним относятся, например, вопросы о том, совместим ли Z-геном с обычными клеточными механизмами, такими как наш и можно ли использовать его так же, как начинает использоваться искусственная ДНК? Как говорится, время покажет.