Новое исследование показало, что вирусы имеют общие гены исключительно с клетками, которые не являются их хозяевами. Исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Microbiology, дополняет доказательства того, что вирусы обмениваются генами с различными клеточными организмами и являются агентами разнообразия, говорят исследователи.
В исследовании рассматривались белковые структуры вирусов и всех надцарств или доменов жизни: от одноклеточных микробов, известных как бактерии и археи, до эукариот, группы, в которую входят животные, растения, грибы и все другие живые существа.
"Обычно определять вирусы по отношению к их хозяевам, но эта практика ограничивает наше понимание взаимодействия вируса с клеткой", - сказал Аршан Насир, исследователь из Университета Иллинойса и Института информационных технологий COMSATS, который руководил новым исследованием. с Густаво Каэтано-Анольес, профессором растениеводства и филиалом Института геномной биологии им. Карла Р. Вёзе в Университете И., и Кьюнг Мо Ким, старшим научным сотрудником Корейского института полярных исследований, в Инчхоне, Юг. Корея.
«Недавние исследования показали, что организмы могут вступать в партнерские отношения с другими организмами и жить в сообществах. Например, многие виды бактерий и архей обитают в человеческом теле и на нем и составляют человеческую микробиоту», - сказал Насир.
Вирусы, которые заражают археи и бактерии, например, не известны для заражения эукариот. Тем не менее, они могут по-прежнему взаимодействовать безвредным образом с организмами, которые они не заражают, говорят исследователи.
«Мы хотели исследовать геномы вирусов и клеточных организмов, чтобы найти возможные следы переноса генов от вирусов к клеткам, помимо того, что мы уже знаем о взаимодействии вирусов с их хозяевами», - сказал Насир.
Команда использовала подход биоинформатики для анализа геномов организмов и вирусов, которые их заражают. Вместо того, чтобы сосредоточиться на генетических последовательностях, которые могут меняться на протяжении поколений, команда исследовала функциональные компоненты белков, которые они назвали складками. Каждая складка - а их более 1400 во всех областях жизни - имеет уникальную трехмерную структуру, выполняющую определенную операцию. Исследователи заявили, что поскольку складки имеют решающее значение для функции белка, они остаются стабильными, даже если кодирующие их последовательности изменяются в результате мутаций или других процессов.
«Это делает белковые складки надежными маркерами эволюционных изменений в течение обширных периодов времени, особенно для вирусов, которые мутируют очень быстро», - сказал Насир.
Исследователи обнаружили сотни складок, которые присутствуют во всех надцарствах жизни и во всех типах вирусов, что позволяет предположить, что они произошли от древнего предка всех форм жизни, сказал Каэтано-Анольес.
Некоторые складки, однако, происходят только в пределах одного надцарства и вирусов, которые его заражают, что предполагает перенос генетического материала только между этой группой вирусов и их хозяевами. Из в общей сложности около 2000 суперсемейств складок команда обнаружила одно, которое было эксклюзивным для архей и вирусов, заражающих археи, 29 общих только для бактерий и вирусов, которые их заражают, и 37, которые были эксклюзивными для эукариот и их вирусы.
Данные также указывают на другие, пока неизвестные механизмы, которые позволяют вирусам обмениваться генетическим материалом с клетками, говорят исследователи.
«Мы обнаружили много вирусных отличительных генов в клеточных организмах, которые эти вирусы, как известно, не заражают», - сказал Насир.«Это было особенно очевидно для бактериальных вирусов и эукариотических организмов, возможно, из-за большего количества способов взаимодействия бактерий с эукариотами».
«Хотя люди склонны думать только о вирусах, которые заражают и убивают своих хозяев, мы десятилетиями знали, что вирус иногда проникает в клетку и включает в нее свой генетический материал, не убивая ее», - Каэтано- - сказал Аноллес. По его словам, в случае одноклеточных организмов эти гены иногда передаются будущим поколениям.
ДНК человека тоже содержит остатки вирусов.
«Например, считается, что некоторые ретроэлементы и транспозоны произошли от древних вирусов», - сказал Насир. Ретроэлементы - это последовательности, скопированные с РНК вирусов в ДНК и вставленные в геномы невирусных организмов. Транспозоны, также известные как «прыгающие гены», могут перемещаться из одной части генома в другую.
«Если у вас есть объект, который в какой-то момент был вирусом и был кооптирован в геном, он становится частью молекулярного наследия организма», - сказал Каэтано-Анольес..
Команда также обнаружила большое подмножество специфичных для вирусов белковых складок, которых не было ни в одном клеточном геноме.
«Это говорит о том, что вирусы могут создавать новые гены и, возможно, передавать эти гены клеточным организмам», - сказал Насир.
Комиссия по высшему образованию, Пакистан; Это исследование поддержали Национальный научный фонд США и Национальные институты продовольствия и сельского хозяйства при Национальных институтах здравоохранения.