Мирусвирусы были обнаружены при анализе образцов из морских и пресноводных экосистем с помощью новейших методов микробиологии. Эти вирусы поражают одноклеточные эукариоты — микроорганизмы, составляющие основу пищевых цепей и биогеохимических циклов практически всех экосистем. Главная особенность мирусвирусов — обилие интронов в ключевых вирусных генах. У большинства вирусов интронов нет или очень мало, но геномы мирусвирусов по сложности приближаются к клеточным.
Открыты удивительно сложные вирусы, обитающие прямо ядрах одноклеточных
Исследователи из Парижского университета и их коллеги обнаружили новое семейство вирусов, которое ученые назвали «мирусвирусы». Эти вирусы размножаются в ядрах одноклеточных эукариот, каких как фитопланктон, распространенных практически по всем земным экосистемам. Геномы мирусвирусов имеют сложную структуру, характерную для клеточных организмов, но крайне редкую у вирусов. Открытие меняет наше представление о сложности и разнообразии вирусного мира.
Одноклеточные диатомовые водоросли. Diatom, Coscinodiscus. Такие водоросли как раз и заражают мирусвирусы. Jan van IJken
Вирусы-бактериофаги заражают бактерии — прокариотические клетки без ядра. Их геномы компактны, лишены интронов, репликация происходит в цитоплазме с использованием простых бактериальных механизмов. На их фоне мирусвирусы оказываются несравнимо изощреннее. Они атакуют одноклеточные эукариоты — организмы с ядром и сложной внутренней структурой. Они проникают в ядро, их геномы насыщены интронами и требуют эукариотической механики для обработки РНК. Фаги эволюционировали для эксплуатации древних прокариот, мирусвирусы — для манипуляции изощренной ядерной биологией эукариот. Это два параллельных пути вирусной адаптации к фундаментально различным типам клеток.
Клетки производят белки на основе чертежей, закодированных в наших генах. Эти чертежи копируются в сырое РНК-«сообщение», которое необходимо отредактировать, чтобы сформировать зрелое сообщение, которое может направлять клеточный механизм, синтезирующий белки. Это обычный процесс для сложных клеток эукариот. Но не для вирусов, где каждый нуклеотид на учете, наличие интронов выглядит непозволительной роскошью.
Интроны — это участки генов, которые копируются в РНК, но затем вырезаются. Оставшиеся части — экзоны — сшиваются, образуя зрелую матрицу для синтеза белка. У эукариот интроны играют важную роль в регуляции генов. Вирусы обычно избегают интронов, поскольку компактность генома дает преимущество для распространения. Наличие множества интронов у мирусвирусов предполагает, что они либо унаследовали их от древних предков, либо приобрели от хозяев для тонкой настройки экспрессии генов и адаптации к ядерной среде. Работа опубликована в журнале Nature Microbiology.
Размножение в ядре, а не в цитоплазме
Как одну из особенностей мирусвирусов ученые отмечают https://bioengineer.org/widespread-mirusviruses-reproduce-in-unicellular-nuclei/ само место, где происходит размножение вирусов. Оно происходит в клеточном ядре и требует от вируса изощренных механизмов взаимодействия с хозяином. Мирусвирусы кодируют белки, похожие на эукариотические, что позволяет им перестраивать само ядро под свои нужды.
Две основные модели эволюции Mirusviricota («эволюционная ловушка» против «кража и побег») в контексте переходных состояний Demutovirales.
Филогенетический анализ показал, что мирусвирусы образуют отдельную древнюю ветвь, имеющую признаки родства с крупными ДНК-вирусами и герпесвирусами, но выделяющуюся наличием интронов и ядерной локализацией.
Мирусвирусы распространены повсеместно — от морского планктона до пресноводных протистов. Заражая микроорганизмы, лежащие в основе пищевых цепей, они влияют на динамику микробных сообществ, круговорот питательных веществ и стабильность экосистем, выступая важными, но до сих пор недооцененными регуляторами глобальных биогеохимических процессов.