Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Мимивирус – гигант микромира.
Мимивирусы принадлежат к группе самых крупных представителей вирусов в природе. Они от 2 до 40 раз больше по размеру, чем другие известные науке вирусы. Их размеры настолько велики, что они могут быть атакованы вирусами меньшего размера, как например вирофагами Спутник. Мимивирусы были обнаружены в 1992 году, и первоначально были причислены к царству бактерий. Название “мимивирус” произошло от предположения, что этот вирус “имитирует структуру микробов”. Эти вирусы даже были найдены в амебе, которая является одноклеточным организмом.
Видео о разных типах вирусов, их причудливые формы и размеры:
Про происхождение и эволюцию таких гигантских вирусов до сих пор мало что известно. Однако, существует несколько гипотез, которые предлагают объяснение этому природному феномену:
- Вирусный мир существовал до появление последнего универсального общего предка (LUCA= Last Universal Common Ancestor). Источник: Forterre and Prangishvili (2013).
- Клетки с более сложными клеточными аппаратами и механизмами прошли через редуктивную эволюцию, при которой потеряли часть свиох генов. Именно эти гены стали основой для гигантских вирусов. Источник: Claverie (2006); Nasir et al. (2012а); Nasir and Caetano-Anollés (2015).
- Гигантские вирусы возникли в результате захвата более сложной клетки и дублирования находящихся в ней генов. Изначально, вирусы имели небольшой геном, но смогли его расширить за счет присвоения чужих генов. Источник: Shackelton and Holmes (2004); Moreira and Brochier-Armanet (2008).
- Гигантские вирусы произошли от вирусов меньшего размера. Эти вирусы присвоили себе гены эукариотических клеток и других клеточных организмов путем горизонтального переноса генов (характеризуется передачей генетического материала между организмами) Источник: Koonin, Krupovic et al. (2015); Koonin and Yutin (2018).
Исследователи также предлагают классифицировать гигантские мимивирусы в отдельный четвертый домен жизни, и назвать его TRUC, (Things Resisting Uncompleted Classification).
Чтобы более детально изучить происхождение гигантских вирусов, ученые Патил и Кондабагил изучили процесс эволюции механизма репликации ДНК у мимивируса. В своем эксперименте, они сравнили механизмы репликации у вируса бактериофага (Т4), бактерии E.coli (кишечная палочка), археи, эукариотов, и мимивирусов.
Репликация ДНК – это сложный процесс, в котором задействовано множество белков, выполняющих огромное количество функций, как, например, расплетение двойной спирали ДНК, устранение суперспирали, создание праймера, копирование ДНК, связывание новых фрагментов и т. д. (См. изображение и видео внизу)
Эксперимент показал, что каждый тип организма задействует разные группы белков. Бактериофаги T4 используют простейший механизм репликации. Сложность последующих механизмов увеличивается с увеличением размера генома. Механизм у E.coli включает в себя около 30 белков. Механизмы найденные в археях имеют процессы, схожие как с бактериями, так и с эукариотами: сам механизм сравним с эукариотами, но производимые им белки тесно связаны с теми, что найдены у бактерий. Наконец, у эукариотических клеток этот механизм является самым сложным, поскольку геномы намного больше по размеру, и, следовательно, требуют большего количества белков.
Авторы пришли к выводу, что механизм репликации мимивируса появился на ранней стадии эволюции, подтверждая гипотезу, что мимивирус произошел от сложного / более продвинутого организма.
Благодаря этому выводу, остается только две потенциальные гипотезы:
- Мимивирусы произошли от более сложной клетки в результате редуктивной эволюции (Гипотеза 2);
- Мимивирусы произошли от более простых форм вирусов, чьи структуры усложнились за счет приобретения и накопления генов других организмов (Гипотеза 4)
Авторы показали, что из девяти белков, которые задействованы в процессе репликации, пять имеют свое происхождение от эукариотической клетки, два – бактериальное, и один – вирусное. Происхождение последнего девятого белка пока остается неизвестным.
Основываясь на этих результатах, ученые предполагают, что мимивирусы могли образоваться от сложного клеточного организма-предка, который со временем потерял гены в результате редуктивной эволюции (Гипотеза 2).
Однако, до сих пор неизвестно от каких предков произошли эти гигантские вирусы, и только большее количество исследований в этой области поможет заполнить существующий пробел в знаниях. Но, пока авторы предполагают, что Гипотеза 2 является самой правдоподобной и лучше всех объясняет происхождение гигантских вирусов, включая мимивирусы.
Link to the original post: Supriya Patil, Kiran Kondabagil, Coevolutionary and Phylogenetic Analysis of Mimiviral Replication Machinery Suggest the Cellular Origin of Mimiviruses, Molecular Biology and Evolution, 2021
Doi: https://doi.org/10.1093/molbev/msab003
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 