Гигантские вирусы-бактериофаги закрывают пропасть между живым и неживым

Ученые обнаружили сотни необычно крупных вирусов, убивающих бактерии, которые обычно ассоциируются с живыми организмами. Эти необычные бактериофаги по сути стирают грань между живыми микробными клетками и вирусными «машинами», сообщает phys.org.

Эти бактериофаги имеют такие размеры и сложность, которые считаются типичными для живых клеток. Они несут многочисленные гены, обычно встречающиеся в бактериях, и используют эти гены против своих бактериальных хозяев.

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и их коллеги обнаружили эти огромные фаги, изучив большую базу данных ДНК, которую получили из почти 30 различных земных сред, начиная от кишок недоношенных младенцев и беременных женщин до Тибетского горячего источника, южноафриканского биореактора, больничных палат, океанов, озер и глубоко под землей.

Всего они идентифицировали 351 различных огромных фагов, все с геномами в четыре или более раз больше, чем средние геномы вирусов-бактериофагов, которые охотятся на бактерий.

Среди них и самый крупный бактериофаг, открытый на сегодняшний день: его геном, длиной 735 000 пар оснований, почти в 15 раз больше, чем у среднего фага. Этот самый большой известный геном фага намного больше, чем геномы многих бактерий.

«Мы исследуем земные микробиомы, и иногда происходят неожиданные вещи. Эти вирусы бактерий являются частью реплицирующихся сущностей, о которых мы знаем очень мало", - сказала Джилл Бэнфилд, профессор Калифорнийского университета в Беркли, старший автор статьи о результатах исследования бактериофагов, опубликованной 12 февраля в журнале Nature. – «Эти огромные фаги перекрывают пропасть между не совсем живыми, «механическими» бактериофагами с одной стороны, и живыми клетками бактерий с другой. Несомненно, существуют успешные стратегии существования, которые являются гибридами между тем, что мы считаем традиционными вирусами и традиционными живыми организмами".

По иронии судьбы, внутри ДНК этих огромных фагов находятся части системы CRISPR, которую сами бактерии используют для борьбы с вирусами. Вполне вероятно, что как только эти фаги вводят свою ДНК в бактерии, вирусная система CRISPR увеличивает систему CRISPR бактерий-хозяев, вероятно, главным образом для того, чтобы те могли бороться с другими вирусами.

"В этих огромных фагах есть большой потенциал для поиска новых инструментов для геномной инженерии", - сказал научный сотрудник Рохан Сачдева. "Многие из найденных нами генов неизвестны, они не имеют предполагаемой функции и могут быть источником новых белков для промышленного, медицинского или сельскохозяйственного применения".

Помимо нового понимания постоянной войны между фагами и бактериями, новые открытия также имеют значение для болезней человека. Вирусы, как правило, несут гены между клетками, в том числе гены, которые придают устойчивость к антибиотикам. А поскольку фаги встречаются везде, где живут бактерии, включая микробиом кишечника человека, они могут переносить повреждающие гены в бактерии, колонизирующие человека. То есть некоторые заболевания могут вызываться опосредованно фагами.

В то время как большинство генов в этих огромных фагах кодируют неизвестные белки, исследователи смогли идентифицировать гены, которые кодируют белки, необходимые для работы рибосом (органеллы, в которых синтезируются белки) в клетках. Такие гены обычно не встречаются в вирусах, только в бактериях или археях. Наличие рибосом – это один из признаков живой клетки. Таким образом, гигантские фаги, содержащие элементы этого механизма, размывают грань между живой клеткой и вирусом.