В марте 2020 года Таджиде де Карвалью увидела нечто действительно странное — то, что, по ее мнению, ни один другой ученый никогда раньше не видел: вирус, на «шее» которого зацепился другой, более мелкий вирус. Предыстория этой вирусной привязанности подобна мастер-классу о том, какой дикой и странной может быть биология.
Оба микроба являются бактериофагами, вирусами, которые заражают бактерии, которые были собраны из куска грязи в Пулсвилле, штат Мэриленд. Бактериофаги, также называемые просто фагами, являются одними из самых распространенных организмов на Земле. В грамме грязи могут быть миллионы.
Но с помощью специального микроскопа, который использует луч электронов для захвата изображений, де Карвальо стал свидетелем поистине странного момента – вроде фотографа дикой природы, который запечатлел поведение животных, которого никто не ожидал.
«Я видел, как буквально у сотен из них к шее был прикреплен этот маленький человечек, и это явно не было случайностью», — сказал де Карвальо, который управляет центром визуализации Кита Р. Портера в Университете Мэриленда в округе Балтимор. «Мы знаем, что вирусы могут делать удивительные и интересные вещи. Но это всего лишь еще одна новая вещь, которую никто не мог предсказать, что мы увидим».
В недавнем исследовании, опубликованном в Журнале Международного общества микробной экологии, де Карвалью и его коллеги объясняют, как могла возникнуть странная вирусная пара. Небольшой вирус, получивший название MiniFlayer, утратил способность копировать себя внутри клеток, именно так вирусы и размножаются. Поэтому эволюция разработала хитрый паразитический обходной путь. MiniFlayer использует преимущества другого вируса, получившего название MindFlayer, хватаясь за его шею, и когда они вместе проникают в клетки, MiniFlayer использует генетический механизм своего компаньона для размножения.
Это объятия? Мертвая хватка? ДеКарвальо сравнивает эти отношения с вирусным автостопом. Ее коллега, Иван Эрилл, компьютерный биолог из UMBC, сравнивает это с вампиром, вонзающим зубы в свою жертву. Это не идеальная аналогия, но он отмечает, что иногда, когда они находят MindFlayer в одиночестве, они могут обнаружить «следы укусов» там, где были прикреплены усики MiniFlayer.
«Вирусы сделают все. Они — самая творческая сила природы», — сказал Эрилл. «Если что-то возможно, они придумают способ сделать это. Но никто не ожидал, что они сделают что-то подобное».
Странная вселенная вирусов
Открытие началось с курса бакалавриата, призванного научить студентов основным лабораторным методам, где им предлагалось изолировать фаги из образцов почвы и изучать их с помощью генетики. ДеКарвальо работает с программой семь лет и говорит, что для многих студентов наблюдение за фагом является волнующим моментом, например, когда родители ожидают, что впервые увидят ультразвуковое исследование плода.
В этом случае студенты Дженелл Льюис и Хира Ахмед в 2019 году изолировали и назвали свой фаг MindFlayer. Но секвенирование генома дало загадочные результаты, предполагающие какое-то заражение. Когда де Карвальо посмотрела на него в микроскоп, она заметила не один фаг, а два.
Известно, что «виросфера», как ученые называют странную вселенную вирусов, включает в себя элементы, называемые «спутниками», которые утратили способность размножаться внутри клеток. Обычно сателлиты преодолевают этот недостаток за счет интеграции в геном клеток, которые они заражают. Они скрываются там до тех пор, пока в клетку не проникнет другой вирус, «помощник», у которого есть недостающие ингредиенты. Затем спутники пользуются возможностью сделать копии самих себя.
MiniFlayer — это спутник, но, в отличие от типичной версии, он не имеет возможности прятаться внутри ячеек. Это оставляет перед ним загадку: как сделать так, чтобы он оказался в клетке вместе со своим помощником одновременно.
«Этот вирус сказал: «Хорошо, я собираюсь прикрепиться к своему помощнику, прикрепиться к его шее — и путешествовать с моим помощником, пока мы не найдем новую клетку», — сказал Эрилл.
Это обычный курс микробиологии, где такие тактики, как молекулярное пиратство и угон самолетов, оттачивались миллионами лет эволюции. Бактерии значительно превосходят по численности своих вирусных хищников, что заставляет их участвовать в продолжающейся эволюционной гонке вооружений. Бактерии развивают защитные силы, а вирусные фаги разрабатывают стратегии контрзащиты. Фаги паразитируют на других фагах.
Исследователи заинтересованы в использовании фагов, естественных хищников бактерий, в качестве лекарств. Фаговая терапия может использоваться для борьбы с опасными инфекциями, и этот подход может стать более важным, поскольку устойчивые к антибиотикам бактерии становятся растущей угрозой.
Терье Докланд, профессор микробиологии Университета Алабамы в Бирмингеме, не принимавший участия в исследовании, сказал, что наблюдение за двумя прикрепленными фагами было «интригующим», но призвал к дополнительным изображениям и исследованиям, чтобы сделать более точные выводы о взаимодействии и выяснить, действительно ли эти два вируса одновременно заражают клетки.
Авторы надеются сотрудничать с группами, которые используют другую форму электронной микроскопии, чтобы более четко понять, что происходит. В отличие от вампира, отмечает де Карвальо, MiniFlayer не высасывает что-то из MindFlayer.
«Мы не знаем, вводит ли спутник свою ДНК в помощника или он просто путешествует автостопом, а затем падает, как клещ», — сказал де Карвалью. «Надеюсь, кто-то другой возьмет на себя эту работу и решит этот действительно интересный вопрос».
No comments:
Post a Comment