CRISPR-подобная защитная система обнаружена у гигантских вирусов

Гигантские мимивирусы отражают захватчиков, используя механизм, сходный с системой CRISPR, применяемый бактериями и другими микроорганизмами, сообщают французские исследователи. Открытие работающей «иммунной системы» у мимивирусов, отмечают ученые, поддерживает их заявление о том, что гигантский вирус представляет новую ветвь древа жизни.

Мимивирусы настолько крупны, что видимы под световым микроскопом. Имея диаметр около полумикрометра, и будучи впервые найденными инфицирующими амеб, обитающих в водонапорной башне, они отличаются размерами геномов, крупнее таковых у некоторых бактерий. Мимивирусы отдаленно родственны вирусам, вызывающим оспу, однако, в отличие от большинства вирусов, несут гены синтеза аминокислот, нуклеотидов ДНК и сложных белков.

Это означает, что они размывают границу между неживыми вирусами и живыми бактериями, говорит Дидье Рауль (Didier Raoult), микробиолог из Университета Экс-Марсель (Aix-Marseille University, Франция), соруководитель исследования совместно с коллегой микробиологом Бернардом Ла Скола (Bernard La Scola). Рауль отмечает, что он рассматривает мимивирусы не наряду с обычными вирусами, а, скорее как прокариот – группу одноклеточных организмов, включающих бактерии, у которых отсутствует ядро.

Подобно прокариотам, мимивирусы поражаются вирусами вирофагами, о чем Рауль, Ла Скола и их коллеги сообщали в 2008 г. [2]. Шесть лет спустя, в 2014 г., они нашли вирофаг замилон, инфицирующий лишь некоторые типы мимивирусов [3]. Рауль предположил, что эти инфекции, подрывающие способность мимивируса копироваться, могут привести к эволюции защитной системы, очень похожей на CRISPR.

Иммунная защита

У бактерий и других прокариот архей системы CRISPR хранят библиотеку коротких последовательностей ДНК, совпадающих с последовательностями фагов и других внедрившихся ДНК. При атаке клетки последовательностью ДНК, совпадающей с таковой в библиотеке, специальные ферменты каспазы Cas разворачивают внедряющуюся ДНК и режут ее на фрагменты, останавливая инфекцию. Этот процесс теперь воспроизводится биологами в качестве технологии редактирования геномов.

Для определения того, имеют ли мимивирусы сходную защитную систему, группа Рауля проанализировала геномы 60 мимивирусов и провела поиск последовательностей, совпадающих с ДНК вирофага замилон. Мимивирусы, устойчивые к замилону, также содержали короткие фрагменты ДНК, совпадающие с таковой у фага.

По соседству с этими последовательностями группа Рауля обнаружила гены ферментов, способных разрушать и разворачивать ДНК. В защитной системе CRISPR такие гены, кодирующие каспазы, также располагаются рядом с последовательностями, распознающими вирус. Блокировка активности различных компонентов системы делает мимивирусы восприимчивыми к атаке вирофага замилона. Результаты исследования опубликованы в феврале в журнале Nature [1].

Мимивирусам необходима иммунная система, поскольку им приходится конкурировать за ресурсы с другими микроорганизмами и вирусами, считает Рауль. «Они сталкиваются с теми же проблемами, которые существуют у прокариот во время жизни в сообществах: им также необходимо бороться против вирусов и прокариот. Я даже подозреваю, что они секретируют компоненты антибиотиков», – поясняет ученый.

Рауль заявляет, несколько противоречиво, что мимивирусы составляют четвертый домен жизни, наряду с бактериями, археями и эукариотами. Он видит их защитную систему, которую называет MIMIVIRE, очень древней адаптацией, поддерживающей формирование мимивирусами собственного домена древа жизни.

Франциско Мохика (Francisco Mójica), микробиолог из Университета Аликанте (University of Alicante, Испания), открывший последовательности CRISPR у прокариот в 1990-е гг., отмечает, что компоненты системы CRISPR найдены в других вирусах, однако не ясно, функционируют ли системы. Он предполагает, что предок мимивирусов захватил MIMIVIRE от другой бактерии. «Определенно невероятно интересно раскрыть механизм, участвующий в иммунитете MIMIVIRE», – говорит Мохика. Он ожидает, что этот механизм будет отличаться от CRISPR.

Бактериолог из Рокфеллеровского Университета (Rockefeller University, США) Лучано Марраффини (Luciano Marraffini) говорит, что группа Рауля приводит хорошие аргументы в пользу MIMIVIRE как защитной системы, но соглашается, что важно выяснить, как она останавливает инфекцию вирофага.

По словам Марраффини, как расшифровка механизма работы системы CRISPR привела к ее перепрофилированию в инструмент редактирования генов, так и изучение мимивирусов может стать сюрпризом. «Гигантские вирусы, вполне вероятно, несут целый своеобразный раздел новой биологии, часть которой, включая MIMIVIRE, может найти новое применение. Возможно, в генетическом редактировании, а возможно, и в других областях», – предполагает ученый.

Компьютерная визуализация частицы гигантского мимивируса (фото: Jose Antonio Penas/Science Photo Library)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2016.19462

Литература:
1. Levasseur, A. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature17146 (2016).
2. La Scola, B. et al. Nature 455, 100–104 (2008).
3. Gaia, M. et al. PLoS ONE 9, e94923 (2014)