Хвостатый гигант Тупанвирус: он больше всего того, что мы считали "вирусом"

Хвостатый гигант Тупанвирус, найденный в Бразилии, настолько огромен, что это бросает вызов тому, что мы считаем "вирусом".

Это может изменить всё.


Учёные обнаружили два новых вида вирусов в щелочном озере в Бразилии, которые демонстрируют такие размеры и генетическую сложность, что нам, возможно, придётся переосмыслить, что такое вирусы, говорят учёные.

Два новых штамма, названные тупанвирусом в честь бразильского Бога Грома Тупана в мифологии гуарани, столь же поразительны, как и их тёзка, и, хотя они не являются угрозой для людей, их существование бросает вызов научным границам, которые определяют, что такое вирус.

Тупанвирус, со своим экстремальным водным местом обитания, в котором он был обнаружен, не только самый большой вирус из когда-либо найденных, но он также содержит самый совершенный белковый механизм, совершеннее любого вируса, обнаруженного на сегодняшний день.

Пытаясь найти новых отдалённых родственников известных в настоящее время гигантских вирусов, учёные проводили поисковые исследования в особых условиях. Содовые озера (Nhecolândia, pantanal biome, Бразилия) известны как среды, которые сохраняют и/или имитируют древние условия жизни (чрезвычайно высокая солёность и рН) и считаются одними из самых экстремальных водных сред на Земле. Гигантские вирусы также были обнаружены в океанских отложениях на глубине 3000 м (Campos dos Goytacazes, Бразильский Атлантический океан).

Штаммы оптически видимые: хвостатые формы могут достигать длины до 2,3 микрометра, содержат около 1,5 миллионов базовых пар ДНК, с достаточным количеством генов, кодирующих белки, чтобы произвести до 1425 видов белков. С точки зрения синтеза белка, они удивительны.


Цикл тупанвируса. Оптическая микроскопия частиц Тупанвируса после окрашивания гемаколом (1000 ×). Шкала, 2 мкм. Частицы (>1000 нм), наблюдаемые с помощью просвечивающей электронной микроскопии (Теа). Масштаб 500 нм. C, D — сканирующая электронная микроскопия частиц Тупанвируса. Шкала 250 нм и 1 мкм соответственно. E, F — на начальных этапах инфекции в A. castellanii, сопровождается высвобождением капсида (e) и хвоста (f), содержание в цитоплазме амёбы (красные стрелки). Шкала, 350 нм и 450 нм соответственно.

Капси́д — внешняя оболочка вируса, состоящая из белков.

Учёные помещают Тупанвирус в вирусную семью Mimiviridae, названную в честь Мимивируса, который был идентифицирован в 2003 году. В то время это был вирус с самым большим диаметром капсида.

До появления Мимивируса вирусы в значительной степени считались полностью отделёнными от "живых" существ, и их неспособность синтезировать белки (и, таким образом, производить свою собственную энергию) была одной из причин, по которой учёные исключили их из классификации клеточной жизни.

Но генетическая сложность Мимивируса – и других гигантских вирусов, которые впоследствии были обнаружены учёными — бросает вызов этой теоретической границе, потому что они несут гены, способные к восстановлению ДНК, репликации ДНК, транскрипции и синтезу.

"С открытием этого супервируса мы увидели, что гены могут присутствовать в вирусных геномах," — рассказал бразильской газете Estadão на португальском языке Джонатас Абрахао, один из команды тех, кто изучает Tupanvirus.

"Эта характеристика изменяет понятие различия между вирусами и организмами, образованными клетками."

И чем больше мы узнаём о гигантских вирусах, тем больше мы узнаём, на что они способны.

Штаммы Tupanvirus не просто содержат полный (почти) набор генов, необходимых для производства белка – около 30 процентов их генома неизвестны науке!

Очевидно, есть ещё много того, что мы сможем узнать о тупанвирусе и гигантских вирусах в целом, но хорошая новость заключается в том, что эта новая сущность – как бы она ни была классифицирована – не представляет угрозы для людей, только для амёб.

Но для амёб существование таких вирусов — это очень, очень плохие новости.

"Как и другие гигантские вирусы, которые были обнаружены в прошлом, тупанвирус заражает амёбы", — говорит Абрахао.

"Разница в том, что он гораздо более обобщённый: в отличие от других, он способен заражать различные типы амёб."

У тупанвирусов одни и те же предки с мимивирусом. При высокой множественности инфекций тупанвирус является цитотоксическим и вызывает тяжёлое отключение рибосомальной РНК и прогрессирующую деградацию ядра в клетках хозяина.

Вирусы оказываются самой многочисленной формой жизни на Земле, полноправно образующей специфическую общность живой материи самостоятельного типа, определяемого как виросфера.

Синтез — одна из канонических границ между миром клеток и виросферой. Даже простейшие невирусные внутриклеточные паразиты представляют богатый набор аппарата для синтеза, включая аминоациловые трнк-синтетазы, факторы синтеза пептидов и рибосомальные протеины. Характер паразитизма большинства невирусных внутриклеточных паразитов основывается на частичном или тяжёлом дефиците генов, связанных с производством энергии. Несмотря на то, что у этих организмов схожий образ жизни, у большинства вирусов не хватает не только генов для производства энергии, но и генов, связанных с синтезом.

В этом контексте открытие mimiviruses и других гигантских вирусов, заражающих амёбы,  удивило научное сообщество из-за своих необычных размеров и длинного генома, способного кодировать от сотен до тысяч генов, в том числе tRNAs, впервые в виросфере, стало событием!

У двух штаммов тупанвируса, самых длинных хвостатых членов Mimiviridae, изолированных в амёбах, геномы 1,44-1,51 Мб линейного двунитевого кодирования ДНК для 1276-1425 белков. Эти гигантские вирусы представляют собой крупнейший трансляционный аппарат в известной виросфере. В этом наборе генов отсутствует только рибосома. Тупанвирус цитотоксический и вызывает строгое выключение рибосомал РНК и прогрессивное ухудшение ядра в клетках хозяина.

Открытие тупанвирусов даёт возможность предположить, что предки вирусов обладали более сложным геномом, но в процессе адаптации к паразитизму значительно «упростились».

Как в содовом озере, так и в глубоких океанских пробах, где были обнаружены члены Mimiviridae, у них удивительно длинный толстый хвост. Анализы электронной микроскопии выявили замечательную структуру. Тупанвирусы представляют собой капсид, похожий на амёбальный мимивирус по размеру (~450 нм) и структуре. Однако у Tupanvirus virion большой цилиндрический хвост (расширение ~ 550 нм ;диаметр ~ 450 нм, включая фибриллы), прикреплённый к основанию капсида. Этот хвост является самым длинным, описанным в виросфере.

Микроскопический анализ позволяет предположить, что капсид и хвост прикреплены неплотно, хотя ультразвук и ферментативная обработка не были в состоянии отделить эти две части друг от друга. Средняя длина полного вириона составляет ~1,2 мкм, хотя некоторые частицы могут достигать длины до 2,3 мкм из-за изменения размера хвоста; это делает их одними из самых длинных вирусных частиц, описанных на сегодняшний день. Кроме того, внутри капсида имеется липидная мембрана, которая связана с клеточной мембраной.

Вирусные частицы присоединяются к поверхности клетки-хозяина, внутренняя мембрана капсида сливается с амебальной мембраной фагосомы хозяина, освобождая геном, и после этого образуется вирусная фабрика, где происходит морфогенез частиц. На этом этапе хвост вириона прикрепляется к капсиду. Позже цитоплазма амёбы оказывается заполнена вирусными частицами, с последующим лизисом клеток и выделением вирусов. Эта похожая на ядро вирусная фабрика также недавно была обнаружена в бактериях. С этой точки зрения вирусные фабрики, активно производящие потомство, могут рассматриваться как ядра виро-клеток.

Тупанвирусы могут паразитировать не только на амёбах, в которых они были найдены, но и на других простейших. Учёные предполагают, что помогает им в этом именно разнообразие генов.

Тупанвирусы могут заражать различные организмы, и даже простое присутствие неразмножающейся вирусной частицы в клетке вызывает её разрушение. Это ранее неизвестное явление выражается в деградации рибосомального аппарата хозяина. Вероятной причиной этого является попытка вируса переключить механизмы клетки на производство собственных белков.

Анализ тупанвирусов представляет собой новый шаг к пониманию эволюции гигантских вирусов.

Источники:

Tailed giant Tupanvirus possesses the most complete translational apparatus of the known virosphere, www.nature.com/articles/s41467-018-03168-1#Fig1

These Viruses Found in Brazil Are So Huge They're Challenging What We Think a 'Virus' Is, www.sciencealert.com/giants-viruses-discovered-brazil-among-largest-most-complex-ever-found-tupanvirus-mimivirus

These giant viruses have more protein-making gear than any known virus. The newly discovered duo was found in extreme environments in Brazil. By Dan Garisto.