Открытие гигантского вируса может переписать историю происхождения сложной жизни

Новый гигантский вирус, обнаруженный в Японии, добавляет аргументов в пользу идеи о том, что вирусы помогли создать сложную жизнь.

Вирус, названный усикувирусом, заражает амеб и демонстрирует уникальные черты, связывающие различные семейства гигантских ДНК-вирусов. Его необычный способ захвата и разрушения ядра клетки-хозяина дает свежее понимание того, как вирусы могли повлиять на эволюцию самого клеточного ядра. Это открытие углубляет загадку вирусов — и их возможную роль в величайшем скачке жизни.

Вирусы как архитекторы жизни

История зарождения жизни на Земле становится еще более интригующей, когда в картину вступают вирусы. Считается, что эти микроскопические частицы существовали с момента появления первых клеток. В отличие от живых клеток, вирусы состоят только из генетического материала и не могут самостоятельно производить белки. Поскольку белки необходимы для клеточной активности и выживания, вирусы полностью зависят от клеток-хозяев.

На протяжении десятилетий ученые пытались понять, откуда взялись вирусы, как они эволюционировали и как вписываются в древо жизни. Профессор Масахару Такемура из Токийского университета наук стал ведущей фигурой в этих исследованиях. В 2001 году он и доктор Филип Белл независимо друг от друга предложили теорию ядерного происхождения вирусов, также известную как вирусный эукариогенез.

Эта гипотеза предполагает, что ядро эукариотических клеток (клеток, чье ядро окружено мембраной) могло произойти от крупного ДНК-вируса, такого как поксвирус, который заразил предка архей. Вместо того чтобы уничтожить хозяина, вирус мог установить стабильное присутствие в цитоплазме. Со временем он, вероятно, впитал важные гены клетки-хозяина и постепенно трансформировался в то, что мы сейчас называем ядром эукариотических клеток. Если эта теория верна, вирусы могли сыграть центральную роль в возникновении сложной жизни.

Гигантские ДНК-вирусы и вирусные фабрики

Поддержка этой идеи усилилась в 2003 году с открытием гигантских ДНК-вирусов. Когда эти вирусы заражают клетки, они создают внутри хозяина структуры, известные как вирусные фабрики. В некоторых случаях эти фабрики окружены мембранами и служат местами репликации ДНК, напоминая примитивную версию клеточного ядра. Это сходство усилило предполагаемую эволюционную связь между вирусами и сложными клетками.

В последние годы исследователи идентифицировали дополнительные гигантские ДНК-вирусы. Среди них — представители семейства Mamonoviridae, которые заражают акантамеб, и кландестиновирус, близкородственный вирус, заражающий вермамеб.

Открытие усикувируса

В новом исследовании, опубликованном в Journal of Virology, профессор Такемура и его коллеги описывают еще один гигантский ДНК-вирус, заражающий амеб. Вирус, названный усикувирусом в честь озера Усику в Японии, где он был выделен, добавляет новые доказательства в поддержку гипотезы ядерного происхождения вирусов.

«Гигантские вирусы можно назвать сокровищницей, мир которой еще предстоит полностью понять. Одна из будущих возможностей этого исследования — дать человечеству новый взгляд, связывающий мир живых организмов с миром вирусов», — говорит профессор Такемура.

Уникальная структура и стратегия заражения

Гигантские вирусы широко распространены в природе, но их выделение затруднено. Они также чрезвычайно разнообразны, что делает каждое новое открытие значимым. Усикувирус заражает вермамеб, подобно кландестиновирусу, и имеет структурное сходство с семейством Mamonoviridae, особенно с медузавирусом. Медузавирус известен своей икосаэдрической формой и множеством коротких шипов, покрывающих его капсид.

Однако усикувирус демонстрирует и важные отличия. Он вызывает отчетливый цитопатический эффект, заставляя зараженные клетки вермамеб становиться необычно крупными. Его поверхность капсида содержит множественные шиповидные структуры, увенчанные уникальными колпачками, некоторые с нитевидными отростками, не встречающимися у медузавирусов.

Еще одно ключевое различие заключается в способе репликации вируса. Медузавирусы и кландестиновирус размножаются внутри неповрежденного ядра хозяина. Напротив, усикувирус разрушает ядерную мембрану во время репликации для производства новых вирусных частиц. Такое поведение предполагает возможную эволюционную связь между вирусами семейства Mamonoviridae, использующими неповрежденное ядро как вирусную фабрику, и гигантскими вирусами, такими как пандоравирус, разрушающими ядерную мембрану. Ученые полагают, что эти различия могут отражать адаптацию к разным хозяевам с течением времени.

Ключи к эволюции эукариот

Изучая эти структурные и функциональные вариации, исследователи получают представление о том, как гигантские вирусы диверсифицировались и как их взаимодействие с клетками-хозяевами могло повлиять на эволюцию сложной эукариотической жизни.

«Открытие нового родственного Mamonoviridae вируса, усикувируса, имеющего другого хозяина, как ожидается, расширит знания и стимулирует дискуссии относительно эволюции и филогении семейства Mamonoviridae. В результате считается, что мы сможем приблизиться к разгадке тайн эволюции эукариотических организмов и тайн гигантских вирусов», — отмечает профессор Такемура.

Потенциальное значение для здравоохранения

Открытие гигантских вирусов, заражающих амеб, может иметь и практическое значение. Некоторые виды акантамеб могут вызывать серьезные заболевания, включая амебный энцефалит. Более глубокое понимание того, как гигантские вирусы заражают и уничтожают амеб, может со временем помочь исследователям разработать новые подходы к предотвращению или лечению этих инфекций.

Исследование было поддержано грантами JSPS/KAKENHI и совместными исследованиями Центра исследований жизни и живых систем (ExCELLS).