Гигантские вирусы захватывают белковые фабрики своих хозяев

Фото из открытых источников

С момента своего открытия в начале XXI века гигантские вирусы привлекают внимание своей невероятной необычностью. Легко различимые под световым микроскопом — некоторые из них крупнее небольших бактерий — они опровергли традиционное представление о вирусах как о маленьких и простых существах, вызвав дебаты обо всем: от определения жизни до эволюции сложных организмов.

В опубликованной в журнале Cell статье исследователи обнаружили в гигантском вирусе скопление белков, которое очень похоже на часть белково-синтезирующего механизма хозяина и позволяет захватчику взять контроль над вирусом. Даже в области, где часто встречаются «крутые новые открытия… эта статья была одной из самых важных из тех, что я видел за последнее время», — говорит Фредерик Шульц, микробиолог из Объединенного института генома Министерства энергетики США, не принимавший участия в работе.

Все вирусы размножаются, в той или иной степени используя функции клеток-хозяев, но количество используемых для этого генов сильно варьируется. Некоторые, как ВИЧ или некоторые вирусы, поражающие бактерии, обходятся всего несколькими генами. Гигантские вирусы могут иметь более 1000 генов. «Если представить ВИЧ или полиомиелит как нож или пистолет, то эти гигантские вирусы — как атомные подводные лодки», — говорит Фрэнк Эйлвард, вирусолог из Виргинского политехнического университета, не принимавший участия в новой работе. «Это невероятно огромные, сложные молекулярные паразиты».

Исследователи до сих пор выясняют, для чего именно нужны все эти дополнительные гены. Гигантские вирусы в основном поражают амебы и другие одноклеточные эукариоты — организмы, которые, как и люди, упаковывают свою ДНК в ядро. Некоторые вирусные последовательности ДНК напоминают гены, обнаруженные в клетках-хозяевах, что позволяет предположить, что они были использованы для репликации или захвата определенной эукариотической функции. Но многие другие последовательности не похожи ни на что, обнаруженное в других организмах, что оставляет их роль загадкой.

В новой работе вирусологи Эми Ли и Макс Фелс из Гарвардской медицинской школы и Института рака Дана-Фарбер изучали гигантский вирус Acanthamoeba polyphaga mimivirus , поражающий амебы. Вместо того чтобы, как это делалось в некоторых предыдущих исследованиях, сосредоточиться на его ДНК, исследователи использовали масс-спектрометрию, кристаллографию и программу искусственного интеллекта AlphaFold2 для изучения формы и взаимодействия вирусных белков внутри инфицированных клеток.

Этот подход позволил идентифицировать группу взаимодействующих вирусных белков, которые напоминали известный эукариотический белковый комплекс, называемый IF4F. У неинфицированных амеб и других организмов IF4F находится на рибосомах — клеточных фабриках по производству белков, — где он помогает запускать трансляцию РНК-транскриптов генов в белки.

Комплекс мимивирусов, который команда Ли назвала vIF4F, имеет схожую форму, несмотря на то, что его белки частично кодируются последовательностями ДНК, не похожими на их эукариотические аналоги. Однако небольшие изменения в структуре комплекса приводят к тому, что он привлекает вирусные, а не клеточные РНК-транскрипты, которые сами по себе имеют несколько иную форму.

Исследователи обнаружили, что во время инфекции vIF4F замещает эукариотический IF4F на рибосомах хозяина, помогая синтезировать собственные белки вируса. И мимивирус не может нормально функционировать, когда этот захват блокируется: удаление генов, кодирующих vIF4F, снижало способность захватчика размножаться внутри амеб в нормальных условиях и парализовало его, когда амебы находились в состоянии стресса — например, из-за недостатка пищи или обработки определенными химическими веществами.

Результаты исследований показывают, что vIF4F дает мимивирусу ключевое преимущество в борьбе с хозяином. Даже если клетка-хозяин находится в состоянии стресса — из-за внешних условий или самой инфекции, которая может привести к нарушению различных клеточных функций, — vIF4F позволяет захватчику сохранять контроль над синтезом белка. «Вполне логично, что у вируса есть нечто подобное», — говорит Шульц.

Предыдущие исследования уже выявили некоторые последовательности ДНК в гигантских вирусах, которые напоминают эукариотические гены, участвующие в синтезе белка. Но экспериментальные доказательства того, что гигантский вирус манипулирует механизмами хозяина подобным образом, встречаются редко, говорят Шульц и Эйлвард. «Это прекрасная работа, которая выходит за рамки простого подтверждения наличия генов и фактически демонстрирует их функцию», — соглашается Григ Стюард из Гавайского университета в Маноа, который планирует сотрудничество с командой Ли для изучения других белков, производимых гигантскими вирусами.

Исследователи до сих пор не уверены, откуда вирус получил ДНК, кодирующую белки, входящие в состав vIF4F. «Мы считаем, что он произошел от древнего организма-хозяина этих вирусов… но очень трудно точно определить, что это был за организм», — говорит Фелс.

Он и Ли размышляют о том, может ли вирусный комплекс помочь в биоинженерии клеток — например, стимулируя трансляцию определенных РНК. «Можем ли мы потенциально поместить эти вирусные белки в клетку и внезапно получить какой-то контроль над трансляцией?» — задается вопросом Ли.

По словам Шульца, для остальных исследователей эти результаты должны стимулировать более тщательное изучение белковых структур гигантских вирусов, а не только лежащей в их основе ДНК. Это может помочь ученым «обнаружить другие интересные функции гигантских вирусов, которые мы упускаем из виду».