Биологическое образование в МФТИ
Rambler's Top100
Физтех-ПорталСайт ФМХФСайт ФБМФРасписание экзаменовЭлектричкиФорум ФМБФ
 Поиск
 Разделы сайта

 Голосование
Нужна ли на ФМБФ кафедра биоинформатики?

Да, собираюсь там учиться.
Да, хочу съездить на экскурсию.
Вообще нужна, но лично мне это не интересно.
Да, но при условии стажировок за рубежом.
Нет - есть факультет в МГУ.
Нет - и тому есть много причин.
Мне это безразлично.

Результаты
Архив голосований
 Материалы сервера
Версия для печати
Опубликовано: 18.04.2011

Транспозоны — это потомки гигантских вирусов, полагают канадские ученые


Оригинал статьи опубликован на сайте "Элементы"

Автор - Елена Наймарк

Канадские ученые открыли новые вирусы, которые в качестве мишени выбрали не клетки бактерий или эукариот, а других вирусов. Иными словами, это паразиты, заставляющие болеть паразитов. Подобных примеров пока известно только три, и все они обнаружены в последние несколько лет. Генетическая последовательность нового вируса оказалась во многом схожа с последовательностями гигантских транспозонов — особых мобильных элементов клетки. Это сходство дало основание предположить, что гигантские транспозоны произошли от «двойных» паразитов, подобных новому вирусу.

Транспозоны — подвижные элементы генома. Различают классы ретротранспозонов и ДНК-транспозонов, для которых характерны разные механизмы копирования. В свою очередь, ДНК-транспозоны подразделяются на те, что работают по принципу вырезать и вставить, есть кольцевые транспозоны, а есть и гигантские самореплицирующиеся транспозоны типа Maverick или Polinton (МП-транспозоны). Нуклеотидные последовательности МП-транспозонов составляют 9–22 тысяч пар нуклеотидов, в них закодировано около 20 белков. Этот набор относительно консервативен. В нём обязательно присутствует интеграза — фермент, отвечающий за встраивание вирусной последовательности в геном хозяина и работу с гетерохроматином. Интегразы характерны для ретровирусов. Кроме того, имеется аденозинтрифосфатаза, сходная с той, что имеется у ДНК-вирусов с двойной нитью; цистеинпротеаза, аналогичная аденовирусной. Есть еще один белок, по своей структуре сходный с основным капсидным белком фикоднавирусов (Phycodnaviridae), поражающих водоросли.

Как видно, генетический набор МП-транспозонов представляет собой смесь разных типов вирусов. Но тем не менее в качестве основной гипотезы обсуждается происхождение этих транспозонов от линии так называемых PRD1-вирусов, имеющих икосаэдрический (двадцатигранный) капсид и двойную нить ДНК. МП-транспозоны известны у широкого круга эукариотических организмов от простейших до рыб и птиц. Новое исследование касается именно этих транспозонов. Обнаружились новые удивительные данные, позволившие микробиологам Матиасу Фишеру и Куртису Шатлу из Университета Британской Колумбии (Канада) предложить смелую гипотезу о происхождении этих транспозонов.

В теплых морях в планктоне живет двужгутиковый Cafeteria roenbergensis . Он поражается гигантским вирусом CRoV, вызывающим лизис (разрушение) клеток. В клетках Cafeteria ученые нашли у вируса CRoV необычного соседа — мелкие темные кристаллы нанометровых размеров. Эти кристаллы, как выяснилось, тоже представители мира вирусов; новый вирус получил имя Mavirus (от Maverick Virus по названию транспозона). Найденный новый вирус не реплицируется без CRoV: если клетки Cafeteria заразить только Мавирусом, то лизиса не происходит и «лишние» РНК не продуцируются. Если же в клетке присутствует только CRoV без мавирусного сопровождения, то лизис клеток-хозев значительно увеличивается.

Получается, что этот вирус «мешает» CRoV размножаться, но сам по себе не обладает репликационной активностью. Это означает, что перед нами вирус, паразитирующий на вирусах, то есть использующий в качестве мишени вирусы. Такие уже известны ученым: один из них описан под именем Спутник (Sputnik). Он является паразитом гигантского мимивируса. Другой, найденный в антарктическом озере, был недавно описан и названный OLV (Organic Lake Virophage). Подобных вирусов предложили называть вирофагами (см. вирофаг Спутник), по аналогии с бактериофагами. «Элементы» уже обращались к этой теме (см.: Вирусы тоже болеют вирусными заболеваниями, 08.09.2008). Вирофаги зависят не столько от ферментной системы хозяйской клетки, сколько от ферментной машины приглянувшихся им вирусов. Ясно, что они не нуждаются в ядерных генах хозяйской клетки, как обычные вирусы.

Геном Мавируса представляет собой кольцевую ДНК, состоящую из примерно 19 тысяч пар нуклеотидов, 20 белок-кодирующих последовательностей, длина которых в среднем около 883 нуклеотида. Получается, что белок-кодирующие последовательности составляют около 93% всего генома Мавируса. Оставшийся фрагмент ДНК представляет собой устойчивый мотив стартовой последовательности, включающей считывание всей цепочки вирусных белков. Спутник и Мавирус имеют около 20% сходства в белок-кодирующей области, так что если связь между этими вирофагами и имеется, то очень древняя. Интегразы у них разные.

Существенно больше сходства обнаруживают последовательности Мавируса и МП-транспозонов. Четыре консервативных гена и три факультативных оказались общими у Мавируса и этих транспозонов. В частности, общий мотив (участок из примерно 180 нуклеотидов) обнаружился у интеграз. Ученые отметили также более менее схожую длину МП-транспозонов и Мавируса: 19 против 15 и 20. Кроме того, они обратили внимание на единообразное устройство ДНК-последовательностей в конечных участках Мавируса и МП-транспозонов.

Мало того, некоторые из генов Мавируса оказались гомологичны и генам слизевика Polysphondylium pallidum. Эти гены слизевика явно являются наследием транспозонного элемента. Нужно при этом заметить, что промотерного участка у этой вставки не нашлось. По-видимому, транспозон вставился в геном слизевика, утеряв промотер.

Столь множественные параллели между Мавирусом и МП-транспозонами позволили предположить, что они эволюционировали от общего предка. В этой дискуссии у канадских ученых оказались хорошие козыри. Логика подсказывает, что стоит обсуждать две версии. Первая: Мавирус — это сбежавший из клетки транспозон. Вторая: транспозоны — это освоившиеся внутри клетки потомки вирофагов. Если выбрать первый вариант, то придется признать, что наш вырвавшийся на свободу агент захватывал по пути гены многих хозяев, а затем непрошенно пристроился к другому вирусу. Кроме того, трудно понять, почему сбежавший агент всё же похож на Спутник и почему он оказался связан с другим вирусом. При этом нам придется допустить, что получившийся Мавирус приобрел промотерный участок независимо от других вирусов. Слишком много неувязок в этом детективном сюжете.

p01  

Этапы предполагаемой эволюции Мавируса и МП-транспозонов (обозначены цифрами). Первый этап — эукариотическая клетка (нарисованы ядро с ДНК и синяя митохондрия) заражается гигантским вирусом. Он назван Large DNA virus (LDNAV) и изображен темным шестиугольником. Работа вирусной фабрики (VF) приводит к размножению вирусных частиц и происходит лизис клетки (верхняя часть схемы). Второй этап — вирофаг, предок Мавируса (красный шестиугольник) сопутствует гигантскому вирусу и участвует в инфицировании клетки эукариота, проходя весь цикл внедрения, размножения и лизиса. Его присутствие уменьшает клеточный лизис, увеличивает устойчивость хозяина к поражению LDNAV. Прямое развитие в этом направлении (здесь это этап 6) привело к появлению разнообразных паразитических вирофагов, таких как Мавирус, Спутник и OLV. Их разнообразие еще предстоит оценить (поэтому стоит вопросительный знак). Третий этап — инкорпорация ДНК предка Мавируса в геном хозяина (крсный фрагмент) при помощи интегразы. Четвертый этап предполагает видоизменение или диверсификацию приобретенного признака. Фрагмент мог распространиться по геному в силу очевидной своей пользы, мог видоизмениться, мутировать так или иначе или же в некоторых клеточных линиях мог потеряться. Также, возможно, имело место и повторное внедрение в геном последовательностей вирофагов. Схема из обсуждаемой статьи в Science

Их существенно меньше во втором сценарии. Согласно ему, у Мавируса и МП-транспозонов был общий предок. Он паразитировал на гигантском вирусе, внедрившемся в эукариотическую клетку. Тем не менее нужно учитывать, что вирофаг, этот вирусный прихлебатель, способствовал выживанию пораженной клетки, снижая лизис, повышая ее устойчивость к инфекции. Поэтому клетка поддерживала сожительство с вирофагом, оно было ей выгодно по принципу «враг моего врага — мой друг». Отбор способствовал широкому распространению вирофага в клетках, чему немало помогла и счастливо позаимствованная у гигантского вируса интеграза. Теперь, чтобы в результате отбора получился транспозон, защищающий клетку от вирусной инфекции, требовалось полностью или частично избавиться от промежуточного вируса и заставить предка Мавируса существовать самостоятельно. Мавирус, как это ни удивительно, может проникать в клетку Cafeteria roenbergensis и без посредничества CRoV. У него имеются для этого ферменты, а сам процесс был зафиксирован под микроскопом (электронным, разумеется). Так что в результате взаимовыгодных превращений получился ДНК-фрагмент, обладающий интегразой и способный самостоятельно проникать в эукариотическую клетку. Это и есть наш МП-транспозон.

Источник: Matthias G. Fischer, Curtis A. Suttle. A Virophage at the Origin of Large DNA Transposons // Science. 8 April 2011. V. 332. P. 231–234.

Назад:
Рибозимы могут размножать друг друга
Далее:
Приобретенный иммунитет у бактерий может быть связан с механизмами РНК-интерференции

наверх | на главную
 Discuss it