Bирусы могут «болеть»

Новооткрытый вирус, получивший название «вирофага» (по аналогии с бактериофагами), заражает других вирусов, снижая их способность к размножению. Открытие показало, что вирусы могут «болеть» почти так же, как клеточные организмы. Перенося гены от одних вирусов к другим, вирофаги могут играть важную роль в эволюции «виросферы».

Споры о том, можно ли считать вирусов живыми существами, продолжаются уже не одно десятилетие. Разумеется, ответ в конечном счете зависит от того, как мы определим понятие «жизнь» (а мнений на сей счет существует множество). В последние годы получено много новых данных, свидетельствующих об огромном разнообразии вирусов и о неожиданно большой роли, которую играет «виросфера» в экономике природы . Некоторые из новооткрытых фактов сделали грань между вирусами и «настоящими» живыми организмами еще более условной, чем она была до сих пор.

В 2003 году французские биологи показали, что паразитическая «бактерия», вызывающая заболевание амёбы Acanthamoeba polyphaga и хорошо видимая в световой микроскоп, в действительности является гигантским вирусом — самым крупным из известных науке. Паразита назвали «мимивирусом». Его геном представляет собой линейную молекулу ДНК и содержит 1 185 000 пар нуклеотидов — в семь раз больше, чем у иных бактерий. Мимивирус обладает самым сложным строением из всех вирусов и имеет ряд свойств, которые ранее считались присущими исключительно клеточным организмам. Например, его геном кодирует ряд ключевых ферментов, участвующих в синтезе белка (аминоацил-тРНК-синтаз), тогда как все прочие вирусы не имеют своих собственных ферментов этого класса и пользуются «хозяйскими». Недавно выяснилось, что гигантские вирусы, родственные мимивирусу, широко распространены в Мировом океане и могут играть важную роль в глобальных геохимических круговоротах.

Продолжая исследования мимивируса, его первооткрыватели сделали еще одно замечательное открытие, о чём сообщили в последнем номере журнала Nature. В клетках амёб, зараженных мимивирусом, они обнаружили другие, гораздо более мелкие вирусные частицы (вирионы) диаметром 50 нм икосаэдрической формы. Нового вируса назвали «спутником» (sputnik), потому что он, как выяснилось, всегда сопровождает мимивирусов и не может без них существовать. Исследователи вводили спутника в амёб, не зараженных мимивирусом, и спутник там не размножался. Однако он прекрасно размножался в амёбах, инфицированных любым из двух известных штаммов мимивируса.

Попадая в хозяйскую клетку, мимивирус формирует там «вирусную фабрику» — большой и сложный белковый агрегат, служащий для производства новых вирусных частиц. Как выяснилось, вирус-спутник использует «фабрику» мимивируса для собственного воспроизводства, причем размножается он намного быстрее, чем сам мимивирус. «Спутниковая» инфекция приводит к тому, что среди мимивирусов появляется много уродцев — вирусных частиц с патологическими изменениями. Характерным симптомом является неравномерное утолщение оболочки мимивируса. В норме толщина этой оболочки — 40 нм, тогда как у «больных» мимивирусов мембрана может достигать 240 нм в толщину. Обычно лишние слои оболочки накапливаются асимметрично на одной из сторон вириона. Иногда вирионы спутников обнаруживаются внутри вирионов мимивируса. Всё это явно не идет на пользу мимивирусам. «Спутниковая» инфекция приводит к снижению производства жизнеспособных вирионов мимивируса в среднем на 70%. Зато амёбам спутниковая инфекция очень выгодна, поскольку мимивирусы — смертельные враги амёб. Когда к мимивирусной инфекции добавляется спутниковая, смертность среди зараженных амёб снижается втрое.

У «больных» мимивирусов, пораженных спутниковой инфекцией, часто наблюдается патологическое утолщение оболочки.

Таким образом, спутник ведет себя по отношению к мимивирусу как самый настоящий паразит. Ранее уже были описаны вирусы, способные к размножению лишь в присутствии других вирусов. Однако эти случаи нельзя классифицировать как паразитизм, поскольку никакого вреда друг другу эти вирусы не причиняют. Спутник же вызывает у мимивируса самое настоящее заболевание. Исследователи предложили называть таких вирусов, паразитирующих на других вирусах, «вирофагами» (по аналогии с бактериофагами — вирусами, поражающими бактерий). Спутник пока является единственным известным вирофагом, но вполне возможно, что вскоре будут найдены и другие.

Геном спутника представляет собой кольцевую молекулу ДНК. Она состоит из 18 343 пар нуклеотидов и содержит 21 белок-кодирующий ген. Три из них, по всей видимости, сравнительно недавно были «позаимствованы» спутником у мимивируса, то есть приобретены в результате горизонтального обмена генами — это явление очень широко распространено в мире вирусов. Еще один ген явно происходит от вирусов — паразитов архебактерий, два других — от пока еще не описанного семейства морских вирусов, о существовании которого стало известно в результате широкомасштабных исследований вирусной ДНК, извлеченной из морской воды (см.: В океане обнаружены сотни тысяч новых видов вирусов, «Элементы», 10.11.2006). Таким образом, спутник имеет химерную природу; он «собрал» свой геном как минимум из трех разных источников. По-видимому, многие другие вирусы тоже произошли подобным образом, то есть «собрались» из кусочков ДНК других вирусов и клеточных организмов, но у спутника признаки химерного происхождения особенно очевидны.

Подобно тому, как бактериофаги активно переносят гены от одних микробов к другим, вирофаги могут играть заметную роль в горизонтальном генетическом обмене между разными группами вирусов. Не исключено, что вирофаги являются важным составным элементом «виросферы», обеспечивающим ее генетическое единство. Чтобы проверить это предположение, прежде всего нужно выяснить, способны ли вирофаги встраивать свой генетический материал в геномы вирусов-хозяев. Именно так поступают бактериофаги со своими хозяевами — бактериями. Это позволяет бактериофагам временно переходить в неактивное состояние и размножаться вместе с хозяйскими клетками.

В дальнейшем такие встроенные в хозяйский геном вирусные геномы (их называют «профагами») могут накапливать мутации, безвозвратно утрачивать вирусную активность и даже приобретать полезные для хозяина функции, становясь неотъемлемой частью хозяйского генома. Понятно, что способность вирусов встраиваться в хозяйский геном многократно повышает вероятность горизонтального «вирусного» переноса генов от одного хозяина к другому.

Вопрос о том, существуют ли в природе «провирофаги», пока остается открытым, но некоторые изученные фрагменты генома мимивируса как будто свидетельствуют в пользу такого предположения.