Крошечный вирус, который может жалить, как паук черная вдова.
Это одно из неожиданных открытий, сделанных парой биологов Вандербильта, когда они секвенировали геном вируса, поражающего Wolbachia, бактериального паразита, который успешно заразил не только черных вдов, но и более половины всех членистоногих. видов, включая насекомых, пауков и ракообразных.
«Обнаружение ДНК, связанной с геном токсина паука черной вдовы, стало полной неожиданностью, потому что это первый случай, когда фаг - вирус, заражающий бактерии - был обнаружен с ДНК, подобной животной», - сказал доцент. биологических наук Сет Борденштейн. Он и старший научный сотрудник Сара Борденштейн сообщили о результатах своего исследования в статье под названием «Модуль ассоциации эукариот в геномах фагов WO из Wolbachia», опубликованной 11 октября в журнале Nature Communications..
Обычно фаги, такие как фаг WO, который они изучали, несут специализированные гены, которые разрушают защиту прокариотических бактериальных клеток, на которые они нацелены. Но в этом случае «часть ДНК, связанная с геном токсина паука черной вдовы, не повреждена и широко распространена в фаге», - сказал Борденштейн. «Есть также свидетельства того, что фаг производит инсектицидные токсины, но мы пока не уверены, как они используются и вводятся».
Ученые также обнаружили, что WO имеет ряд общих сегментов ДНК с геномами животных. К ним относится последовательность, которую эукариотические клетки, обнаруженные у животных, используют для обнаружения патогенов, которая также участвует в запуске гибели клеток. Кроме того, было несколько генов, которые клетки используют для уклонения от иммунных ответов.«Эти последовательности более типичны для эукариотических вирусов, а не для фагов», - прокомментировал Борденштейн.
Он предположил, что причина, по которой WO является исключительной в этом отношении, связана с историей жизни его цели. Как только Wolbachia заражает членистоногого-хозяина, она оборачивается слоем мембраны членистоногого. В результате фагу приходится пробиваться сквозь эти эукариотические мембраны, чтобы проникнуть внутрь или выйти из него.
«Мы подозреваем, что он образует поры в мембранах клеток членистоногих, окружающих Wolbachia, тем самым позволяя фагу преодолевать окружающие его мембраны как бактерий, так и членистоногих. Возможно, именно так он использует некоторые из этих белков», - он сказал.
Их секвенирование и биоинформатика также позволили Борденштейнам идентифицировать генетические последовательности, которые фаг WO использует для встраивания своего генома в хромосому Wolbachia. Эта информация может предоставить базовый набор инструментов, который можно использовать для генной инженерии бактерии.
Эта возможность может быть использована для расширения текущих усилий по использованию Wolbachia для борьбы с лихорадкой денге и вирусом Зика. Оказывается, Wolbachia предотвращает размножение этих вирусов в комарах Aedes aegypti, которые их распространяют. Заражение и распространение комаров Wolbachia успешно прошли полевые испытания в Австралии, Бразилии, Колумбии, Индонезии и Вьетнаме.
Использование бактериального паразита имеет два потенциальных преимущества по сравнению с другими подходами: он не зависит от токсичных химикатов, и после его введения бактерии быстро распространяются среди популяции комаров и поддерживают себя.
«Возможность генной инженерии Wolbachia может привести к вставке генов, которые заставят бактерии производить признаки, повышающие эффективность использования Wolbachia против вирусов денге и Зика. Это также может быть использовано для борьбы с другими сельскохозяйственными вредителями», - биолог. сказал.
Борденштейн начал изучать WO 15 лет назад, потому что ему было любопытно, как такой вирус выживает и процветает в симбиотических бактериях, таких как Wolbachia, у которых очень маленький геном.«В то время некоторые из моих коллег спрашивали, почему я изучаю такой малоизвестный предмет», - вспоминал он.
Несколько лет назад Борденштейн и его коллеги считали, что они ответили на основные научные вопросы, связанные с фагом, но они решили секвенировать его геном для полноты картины. Они понятия не имели, что их анализ даст информацию, которая даст свежий взгляд на вирусологию и, возможно, поможет усилиям по уменьшению или искоренению ряда болезней, которые поражали людей на протяжении тысячелетий..