У гигантских вирусов есть ферменты цикла Кребса
Группа ученых из Политехнического университета Виргинии предприняла обширное исследование геномов гигантских вирусов, в том числе и тех, которые еще неизвестны вирусологам. Такие вещи сейчас возможны благодаря области науки, которая называется метагеномикой: она исследует ДНК, полученную прямо из природных сред (например, из воды или почвы), читая и анализируя набор генов сразу всех организмов, оставивших там свои генетические следы, - так называемый метагеном. Метагеномные исследования уже привели к множеству разнообразных открытий: например, благодаря метагеномике были открыты асгардархеи - крупная эволюционная ветвь архей, к которой относятся вероятные предки эукариот. Подавляющее большинство асгардархей до сих пор известно биологам только по метагеномным сборкам. Многие гигантские вирусы тоже были открыты именно в результате метагеномных исследований, которые сейчас вовсю продолжаются. В данном случае, однако, целью исследователей было не столько открытие новых разновидностей гигантских вирусов (хотя это тоже важный результат), сколько составление «коллективного портрета» этой группы, отображающего как можно больше генетических и физиологических свойств.
Виргинские ученые исследовали 1545 метагеномов, из которых удалось «собрать» 501 новый вирусный геном. Генные последовательности, принадлежащие клеточным организмам или другим вирусам (не гигантским), естественно, игнорировались. Маркером фрагментов геномов, интересующих исследователей, были специфические гены, присущие только группе NCLDV. Большинство «нащупанных» таким методом новых гигантских вирусов живет в пресных водах или в море, хотя некоторые сборки относятся и к другим местообитаниям - например, к почве. Ничего удивительного тут нет, вирусы на Земле присутствуют всюду, где есть хоть что-то живое.
Для всех выделенных последовательностей авторы построили общее филогенетическое древо, добавив туда и некоторое количество референтных геномов, принадлежащих вирусам, которые уже заведомо известны. На этом древе вновь открытые вирусы распределились по шести семействам: оказалось, что большинство из них относится к мимивирусам и фикоднавирусам, а некоторые - к иридовирусам, асфарвирусам, марсельвирусам или питовирусам. Здесь, между прочим, хорошо видно, какое место занимает в современной биологии эволюционный подход. Раньше биологи сначала изучали живые организмы по отдельности, описывая в деталях их устройство, и только потом отваживались строить гипотезы о филогенетических отношениях между ними. Построенное филогенетическое древо было высшим уровнем исследовательской работы, ее венцом. Теперь же построение такого древа стало рутинной технической процедурой, и исследование (во всяком случае, биоинформатическое) с нее начинается. Авторы сначала выясняют хотя бы в общих чертах, какие места на филогенетическим древе занимают открытые ими существа, а уж потом переходят к подробностям.
У гигантских вирусов встречается множество собственных (то есть уже вирусных) генов, контролирующих те или иные клеточные функции. В первую очередь, конечно, это гены, кодирующие ферменты репликации и репарации ДНК, а также белки, обеспечивающие пространственную укладку генетического материала. Часто встречаются у гигантских вирусов гены ферментов, блокирующих окислительный стресс, и белков - ингибиторов апоптоза: последние не дают пораженной вирусом клетке совершить программируемое «самоубийство». У некоторых вирусов есть даже гены калиевых каналов - сложных белковых комплексов, которые встраиваются в мембрану хозяйской клетки и меняют в интересах вируса электрическое напряжение на ней. Кроме того, многие вирусы способны перестраивать (если выразиться более наукообразно - реструктурировать) обмен веществ хозяйской клетки, чтобы она эффективнее работала на производство новых вирусных частиц. У ряда гигантских вирусов обнаружились гены, функции которых связаны с фотосинтезом: гены родопсинов, хлорофиллсвязывающих белков и некоторых других. Благодаря этим белкам вирус может помешать клетке затормозить процесс фотосинтеза (многие клетки водорослей делают это в ответ на вирусное заражение) и, более того, может «научить» ее улавливать энергию как можно более широкого спектра световых волн. Распространены у вирусов гены, кодирующие транспортёры фосфатов, ионов железа и некоторых других небольших молекул: вирус заинтересован в том, чтобы зараженная им клетка была вдоволь обеспечена всеми нужными для обмена веществ химическими «деталями», а для этого нужно, чтобы она эффективно захватывала их из внешней среды (из морской воды, например). Вот вирус ей в этом и помогает.
Все это, однако, в целом было более или менее известно и раньше. Удивило исследователей другое. Оказалось, что у гигантских вирусов достаточно широко распространены гены, кодирующие ферменты, которые принимают участие в обмене углерода, в частности в таких процессах, как гликолиз (распад молекул глюкозы надвое, протекающий в несколько ступеней с выделением энергии) и глюконеогенез (синтез той же глюкозы из других соединений, например из аминокислот). Обмен углерода - это самая что ни на есть основа метаболизма живых клеток. Это центр, к которому сходятся все цепочки идущих в клетке химических реакций. Теперь выяснилось, что гигантские вирусы вторгаются даже сюда, причем очень основательно. Например, почти для каждого фермента гликолиза можно найти альтернативный ген, входящий в состав генома того или иного гигантского вируса. Особенно богато такими генами семейство мимивирусов, хотя и в других семействах они тоже встречаются. В нескольких вирусных геномах обнаружены блоки как минимум из двух генов, кодирующих ферменты смежных реакций гликолиза: иными словами, там фактически закодирован целый сплошной отрезок этого биохимического пути. У одного гигантского вируса есть гены, кодирующие аж 7 из 10 основных гликолитических ферментов, - то есть две трети реакций гликолиза этот вирус может провести сам, без поддержки клеточного генома. Причем вирусные ферменты гликолиза заметно отличаются от клеточных (в чем функциональный смысл отличий - еще предстоит разобраться, это интересная проблема). Можно ли после этого сомневаться в том, что у вирусов бывает свой метаболизм?
Еще интереснее, что у некоторых гигантских вирусов есть гены, кодирующие ферменты цикла Кребса, он же цикл трикарбоновых кислот. Цикл Кребса - это замкнутая цепочка химических реакций, служащая центром пересечения великого множества метаболических путей и являющаяся у организмов, дышащих кислородом, ключевым этапом клеточного дыхания (впрочем, цикл Кребса важен и в других отношениях). Казалось бы, ну зачем все это вирусам? Однако выяснилось, что не менее восьми ферментов цикла Кребса имеют у гигантских вирусов свои аналоги, причем более или менее широко распространенные. Соответствующих вирусных генов на самом деле еще больше: например, такой фермент, как сукцинатдегидрогеназа, состоит из трех субъединиц, каждая из которых кодируется отдельным геном - и все эти гены у вирусов есть. Пока, правда, не совсем понятно, как именно они их используют, но как-то используют точно: ген, на протяжении эволюционно значимого срока сохраняющийся в геноме в работоспособном состоянии, не может не иметь функции.
Классическая точка зрения, согласно которой вирус считался просто сгустком информации - «завернутой в белок скверной новостью», как выразился сэр Питер Медавар - сейчас окончательно устарела.
Вирус - это достаточно сложный живой организм. Некоторые вирусы превосходят размером и сложностью некоторые клетки. Даже у самых простых вирусов есть капсид - футляр из белков, кодируемых специфически вирусными генами, которые не имеют аналогов в клеточных геномах. А у сложных вирусов есть огромные репертуары всевозможных генов, благодаря продуктам которых вирус вступает с хозяйской клеткой в многогранное физиологическое взаимодействие.
Полностью
https://elementy.ru/novosti_nauki/433638/U_gigantskikh_virusov_est_fermenty_tsikla_Krebsa/t2584639/Mikrobiologiya
Виргинские ученые исследовали 1545 метагеномов, из которых удалось «собрать» 501 новый вирусный геном. Генные последовательности, принадлежащие клеточным организмам или другим вирусам (не гигантским), естественно, игнорировались. Маркером фрагментов геномов, интересующих исследователей, были специфические гены, присущие только группе NCLDV. Большинство «нащупанных» таким методом новых гигантских вирусов живет в пресных водах или в море, хотя некоторые сборки относятся и к другим местообитаниям - например, к почве. Ничего удивительного тут нет, вирусы на Земле присутствуют всюду, где есть хоть что-то живое.
Для всех выделенных последовательностей авторы построили общее филогенетическое древо, добавив туда и некоторое количество референтных геномов, принадлежащих вирусам, которые уже заведомо известны. На этом древе вновь открытые вирусы распределились по шести семействам: оказалось, что большинство из них относится к мимивирусам и фикоднавирусам, а некоторые - к иридовирусам, асфарвирусам, марсельвирусам или питовирусам. Здесь, между прочим, хорошо видно, какое место занимает в современной биологии эволюционный подход. Раньше биологи сначала изучали живые организмы по отдельности, описывая в деталях их устройство, и только потом отваживались строить гипотезы о филогенетических отношениях между ними. Построенное филогенетическое древо было высшим уровнем исследовательской работы, ее венцом. Теперь же построение такого древа стало рутинной технической процедурой, и исследование (во всяком случае, биоинформатическое) с нее начинается. Авторы сначала выясняют хотя бы в общих чертах, какие места на филогенетическим древе занимают открытые ими существа, а уж потом переходят к подробностям.
У гигантских вирусов встречается множество собственных (то есть уже вирусных) генов, контролирующих те или иные клеточные функции. В первую очередь, конечно, это гены, кодирующие ферменты репликации и репарации ДНК, а также белки, обеспечивающие пространственную укладку генетического материала. Часто встречаются у гигантских вирусов гены ферментов, блокирующих окислительный стресс, и белков - ингибиторов апоптоза: последние не дают пораженной вирусом клетке совершить программируемое «самоубийство». У некоторых вирусов есть даже гены калиевых каналов - сложных белковых комплексов, которые встраиваются в мембрану хозяйской клетки и меняют в интересах вируса электрическое напряжение на ней. Кроме того, многие вирусы способны перестраивать (если выразиться более наукообразно - реструктурировать) обмен веществ хозяйской клетки, чтобы она эффективнее работала на производство новых вирусных частиц. У ряда гигантских вирусов обнаружились гены, функции которых связаны с фотосинтезом: гены родопсинов, хлорофиллсвязывающих белков и некоторых других. Благодаря этим белкам вирус может помешать клетке затормозить процесс фотосинтеза (многие клетки водорослей делают это в ответ на вирусное заражение) и, более того, может «научить» ее улавливать энергию как можно более широкого спектра световых волн. Распространены у вирусов гены, кодирующие транспортёры фосфатов, ионов железа и некоторых других небольших молекул: вирус заинтересован в том, чтобы зараженная им клетка была вдоволь обеспечена всеми нужными для обмена веществ химическими «деталями», а для этого нужно, чтобы она эффективно захватывала их из внешней среды (из морской воды, например). Вот вирус ей в этом и помогает.
Все это, однако, в целом было более или менее известно и раньше. Удивило исследователей другое. Оказалось, что у гигантских вирусов достаточно широко распространены гены, кодирующие ферменты, которые принимают участие в обмене углерода, в частности в таких процессах, как гликолиз (распад молекул глюкозы надвое, протекающий в несколько ступеней с выделением энергии) и глюконеогенез (синтез той же глюкозы из других соединений, например из аминокислот). Обмен углерода - это самая что ни на есть основа метаболизма живых клеток. Это центр, к которому сходятся все цепочки идущих в клетке химических реакций. Теперь выяснилось, что гигантские вирусы вторгаются даже сюда, причем очень основательно. Например, почти для каждого фермента гликолиза можно найти альтернативный ген, входящий в состав генома того или иного гигантского вируса. Особенно богато такими генами семейство мимивирусов, хотя и в других семействах они тоже встречаются. В нескольких вирусных геномах обнаружены блоки как минимум из двух генов, кодирующих ферменты смежных реакций гликолиза: иными словами, там фактически закодирован целый сплошной отрезок этого биохимического пути. У одного гигантского вируса есть гены, кодирующие аж 7 из 10 основных гликолитических ферментов, - то есть две трети реакций гликолиза этот вирус может провести сам, без поддержки клеточного генома. Причем вирусные ферменты гликолиза заметно отличаются от клеточных (в чем функциональный смысл отличий - еще предстоит разобраться, это интересная проблема). Можно ли после этого сомневаться в том, что у вирусов бывает свой метаболизм?
Еще интереснее, что у некоторых гигантских вирусов есть гены, кодирующие ферменты цикла Кребса, он же цикл трикарбоновых кислот. Цикл Кребса - это замкнутая цепочка химических реакций, служащая центром пересечения великого множества метаболических путей и являющаяся у организмов, дышащих кислородом, ключевым этапом клеточного дыхания (впрочем, цикл Кребса важен и в других отношениях). Казалось бы, ну зачем все это вирусам? Однако выяснилось, что не менее восьми ферментов цикла Кребса имеют у гигантских вирусов свои аналоги, причем более или менее широко распространенные. Соответствующих вирусных генов на самом деле еще больше: например, такой фермент, как сукцинатдегидрогеназа, состоит из трех субъединиц, каждая из которых кодируется отдельным геном - и все эти гены у вирусов есть. Пока, правда, не совсем понятно, как именно они их используют, но как-то используют точно: ген, на протяжении эволюционно значимого срока сохраняющийся в геноме в работоспособном состоянии, не может не иметь функции.
Классическая точка зрения, согласно которой вирус считался просто сгустком информации - «завернутой в белок скверной новостью», как выразился сэр Питер Медавар - сейчас окончательно устарела.
Вирус - это достаточно сложный живой организм. Некоторые вирусы превосходят размером и сложностью некоторые клетки. Даже у самых простых вирусов есть капсид - футляр из белков, кодируемых специфически вирусными генами, которые не имеют аналогов в клеточных геномах. А у сложных вирусов есть огромные репертуары всевозможных генов, благодаря продуктам которых вирус вступает с хозяйской клеткой в многогранное физиологическое взаимодействие.
Полностью
https://elementy.ru/novosti_nauki/433638/U_gigantskikh_virusov_est_fermenty_tsikla_Krebsa/t2584639/Mikrobiologiya