Французские исследователи экспериментально показали, что для гигантских пандоравирусов характерны некоторые реакции клеточного энергетического метаболизма.
В частности, у них обнаружили активность одного из ферментов метаболизма углерода и способность создавать протонный градиент на мембране. Эти данные требуют пересмотра концепции вирусов в целом или выделения гигантских вирусов в отдельную группу, считают авторы препринта на bioRxiv.
Гигантские вирусы, открытые в 2003 году, принципиально отличаются от «классических» вирусов огромным размером частиц, сопоставимым с размером бактерий, и большим размером генома. Все описанные на сегодняшний день гигантские вирусы паразитируют на амебах, однако генетический анализ позволяет предположить, что у них может быть некоторая степень автономии от своего хозяина. Так, анализ генома гигантского тупанвируса показал наличие вполне развитого аппарата трансляции белка: для реализации информации, закодированной в матричной РНК, ему не хватает только рибосом.
Самые большие известные вирусы относятся в группе пандоравирусов. Первый из них, Pandoravirus salinus, был открыт в 2013 году и привлек внимание своим огромным геномом размером в два с половиной миллиона пар оснований, — всего в два раза меньше, чем у кишечной палочки E. coli. Другой интересной особенностью оказалось отсутствие генов, кодирующих белки капсида, то есть классической вирусной оболочки. Вместо капсида у зрелых частиц пандоравирусов есть аналог мембраны, под которой располагается многослойная оболочка, по-видимому, состоящая из целлюлозы.
Мембраны играют ключевую роль в энергетическом метаболизме живых клеток. Например, создание разности потенциалов в форме протонного градиента на мембране митохондрии позволяет перевести ее в химическую форму и синтезировать молекулы АТФ — универсальную энергетическую валюту клеток.
В новой работе исследователи из Университета Экс-Марсель под руководством Бернарда Ла Сколы (Bernard La Scola) и Дидье Рауля (Didier Raoult) получили доказательства того, что у некоторых гигантских вирусов, возможно, есть частично автономный энергетический метаболизм — у них нашли аналоги ферментов цикла трикарбоновых кислот (он же цикл Кребса) и способность создавать протонный градиент на мембране.
Биологи исследовали недавно описанный в их лаборатории гигантский вирус Pandoravirus massiliensis, и обнаружили, что мембрана зрелых частиц способна к накоплению протонного градиента. Ученые красили зараженные вирусами клетки амеб митохондриальным красителем MitoTracker, который начинает светиться при наличии электроградиента на мембранах. Оказалось, что сигнал красителя также колокализуется с вирусными частицами внутри амебы, которые пометили флуоресцентными антителами. Эксперимент воспроизвелся также на изолированных вирусных частицах и с другим красителем. Кроме того, флуоресценция красителя усиливалась при добавлении универсального «сырья» для продукции АТФ — ацетил-КоА. Таким образом, мембрана пандоравирусов, по-видимому, выполняет и энергетическую функцию.
С помощью биоинформатического анализа ученые обнаружили в геноме вируса восемь генов со слабым сходством с генами ферментов цикла трикарбоновых кислот. Такая последовательность реакций «прокручивает» упомянутую молекулу ацетил-КоА с образованием восстановленных переносчиков протонов, которые затем передают их на мембрану. Оказалось, что шесть из восьми этих генов экспрессируются одновременно, в конце цикла развития вируса. Однако синтез рекомбинантных ферментов, соответствующих этим генам, в клетках кишечной палочки, показал, что только один из них действительно обладает соответствующей активностью — это оказалась изоцитратдегидрогеназа.
Зачем пандоравирусам нужен энергетический метаболизм, не совсем понятно — следов синтеза АТФ в зрелых частицах исследователи не обнаружили. На примере других гигантских вирусов, у которых биоинформатически также были обнаружены гены метаболизма углерода, можно предположить, что так они могут корректировать работу клеточных систем хозяина.
Кроме того, происхождение этих генов тоже не ясно. С одной стороны, они могут быть заимствованы у хозяина, однако некоторые группы гигантских вирусов отличаются геномами, где большинство генов не имеет хорошей гомологии с известными последовательностями (об одном таком вирусе мы уже писали). Этот факт породил гипотезу о том, что гигантские вирусы (пандоравирусы, в частности) — это своеобразные «фабрики новых генов», что делает их крайне интересными объектами с точки зрения исследования процессов эволюции.
Автор: Дарья Спасская