Гигантские вирусы
| Группа Mimivirus  Faustovirus | ||
|---|---|---|
 Pithovirus |  Tupanvirus | |
Медиафайлы на ВикискладеГигантские вирусы (
По данным
Иногда по отношению к гигантским вирусам используют термин «гирусы»[2].
История изучения
История изучения гигантских вирусов началась в 1992 году в
После открытия мимивируса множество исследовательских групп начали инкубировать культуры амёб с различными образцами из окружающей среды, и по прошествии некоторого времени во многих случаях в культуре обнаруживали очень крупные вирусы. Появилось множество усовершенствований первоначального протокола, делающих его всё более и более эффективным. Впоследствии учёные стали выращивать вирусы не только в культурах амёб, но и в культурах других
Общая характеристика
Под гигантскими вирусами обычно понимают вирусы с
Самым главным отличием гигантских вирусов от остальных вирусов является то, что в их геномах закодированы молекулы, принимающие участие в
Разнообразие
Mimiviridae
Вирион мимивируса, первого открытого представителя семейства Mimiviridae, состоит из
- ко́ровые гены;
- гены, приобретённые с помощью горизонтального переноса;
- паралоги);
- гены-сироты[3][4].
К коровым генам относят гены, имеющиеся также у так называемых ядерно-цитоплазматических крупных ДНК-содержащих вирусов (NCLDCV) — вирусов, которые до открытия мимивируса считались самыми большими. В геноме мимивируса обнаруживаются последовательности, позаимствованные у бактерий,
.Сейчас мимивирус и близкие к нему вирусы выделяют в семейство Mimiviridae, подразделяющееся на три линии: А, В и С. К линии А относятся такие вирусы, как мимивирус и Mamavirus амёбы Acantamoeba polyphaga, к линии В относится Mumuvirus Acantamoeba polyphaga, а представителем линии С может служить Megavirus chiliensis. Некоторых представителей Mimiviridae не удалось отнести ни к одной из перечисленных линий, как, например, Cafeteria roenbergensis virus[англ.] (CroV), поражающий протиста Cafeteria roenbergensis[англ.][3].
Marseilleviridae
Через шесть лет после открытия мимивируса был описан ещё один гигантский вирус, поражающий амёб. Как и мимивирус, его обнаружили в воде из воздухоохлаждающего сооружения, но на этот раз в
В 2011—2014 годах в образцах воды из разных частей света были обнаружены четыре вируса, родственных Marseillevirus. Кроме того, один родственный вирус нашли в Тунисе в насекомом, а ещё один родственник Marseillevirus — в кале здорового человека в Сенегале, что стало первым прецедентом обнаружения гигантских вирусов в образцах человеческого происхождения. Marseillevirus и родственные ему вирусы выделяют в семейство Marseilleviridae[4].
Pandoravirus
В 2013 году были описаны два новых гигантских вируса, получивших названия Pandoravirus salinus и Pandoravirus dulcis[англ.]. Эти организмы были известны давно, но, как в случае с мимивирусом, их вирусная природа была установлена далеко не сразу. В заблуждение, как и в случае с мимивирусом, ввёл необычный размер: их вирионы достигают около 1 мкм в длину и 0,5 мкм в диаметре. Размер их генома составляет 1,9 и 2,5 миллиона п.о. соответственно, что на данный момент является абсолютным рекордом среди вирусов. Подавляющее большинство генов Pandoravirus (84 % для P. salinus) являются генами-сиротами. У Pandoravirus имеются свои уникальные транспозоны, известные как MITEs[англ.] (от англ. miniature inverted repeat transposable elements — «миниатюрные мобильные элементы с инвертированными повторами»)[4].
До 2017 года считалось, что для вирусов рода Pandoravirus характерно полное отсутствие в их геноме генов, гомологичных каким-либо генам, кодирующим белки капсида. По этой причине у них нет капсида и какой-либо структуры, хотя бы отдалённо на него похожей. Их вирионы окружены особым чехлом (тегументом) толщиной около 70 нм, и на его верхушке имеется пора, через которую содержимое вириона попадает в цитоплазму амёбы. В 2017 году у Pandoravirus был идентифицирован ген, который может кодировать белок капсида. Кроме того, другие вирусные черты в полной мере присущи Pandoravirus: как и все вирусы, они размножаются в клетках и покидают их в виде вирионов, а в их геномах отсутствуют гены, кодирующие компоненты рибосом и белки, связанные с
В 2015 году был описан третий вид рода Pandoravirus — Pandoravirus inopinatum. Его геном содержит 2,24 миллиона п. о. и на 85 и 89 % совпадает с геномами P. salinus и P. dulcis соответственно. В 2018 году сообщалось об открытии ещё трёх видов рода — Pandoravirus quercus, Pandoravirus neocaledonia, Pandoravirus macleodensis. Предложено также выделить род Pandoravirus в собственное семейство Pandoraviridae[6].
Pithovirus
В 2013 году был открыт вирус, по сей день считающийся самым крупным вирусом, — Pithovirus sibericum. Его выделили из образца сибирской вечной мерзлоты возрастом более 30 тысяч лет при помощи культивирования в клетках амёбы Acanthamoeba castellanii. Внешне его вирионы похожи на вирионы Pandoravirus, но существенно крупнее — их длина может достигать 1,5 мкм, что на данный момент является абсолютным рекордом в вирусном мире. Как и у Pandoravirus, вирионы Pithovirus окружены тегументом толщиной 60 нм с апикальной порой в форме правильного шестиугольника. Типичного капсида у Pithovirus тоже нет, однако в геноме этого вируса нашёлся ген, отдалённо похожий на ген, кодирующий белок капсида у представителей семейства Iridoviridae. По составу генов Pithovirus наиболее близок к Marseilleviridae и Iridoviridae. Более одной пятой генома Pithovirus представлено регулярно расположенными копиями одного и того же некодирующего повтора[4].
Поскольку первый Pithovirus выделили из очень древнего образца, высказывали предположения, что Pithovirus давно вымерли. Однако в 2016 году нашли ещё один Pithovirus — Pithovirus massiliensis — в образце сточных вод с юга Франции. Удивительно, но, несмотря на колоссальный размер вирионов Pithovirus, их геномы не так уж и велики: размер генома P. sibericum составляет около половины генома мимивируса[4].
Mollivirus
В 2014 году из того же образца вечной мерзлоты, что и Pithovirus, был выделен ещё один гигантский вирус — Mollivirus sibericum. Как и Pithovirus, он размножается в амёбах Acanthamoeba castellanii. Сферический вирион молливируса достигает 500—600 нм в диаметре и заключает в себе геном длиной 625 тысяч п. о. В вирионы, помимо вирусного генома, упаковываются многие белки амёбы, в том числе рибосомные[англ.]. Генетически молливирус, хотя и весьма отдалённо, наиболее близок к Pandoravirus[4].
Faustovirus
Помимо амёб рода
Kaumoebavirus
Использование V. vermiformis для культивации вместе с различными пробами из окружающего мира позволило описать ещё одну группу гигантских вирусов, известную как Kaumoebavirus. Как и Faustovirus, они выделены из образцов сточных вод и не имеют близких родственников среди известных вирусов. Наиболее близки к Kaumoebavirus вирусы рода Faustovirus и семейства Asfaviridae. Капсид имеет икосаэдрическую форму. Гены белков капсида разбросаны по участку длиной 5 тысяч п. о. По размеру генома Kaumoebavirus наиболее близок к Marseillevirus[4].
Cedratvirus
В 2016 году в образце воды из Алжира с помощью амёбы A. castellanii обнаружили новый гигантский вирус — Cedratvirus. Из известных на данный момент вирусов к нему наиболее близок Pithovirus, хотя лишь одна пятая генов Cedratvirus похожа на гены Pithovirus. От других гигантских вирусов Cedratvirus отличается наличием двуслойных покровов. На ранних стадиях инфекции вирионы покрыты тегументом толщиной 40 нм, а у зрелых вирионов его толщина составляет 55 нм. Содержимое вириона попадает в цитоплазму через апикальную пору. Размер генома Cedratvirus близок к таковому у Pithovirus. Ещё один представитель рода Cedratvirus описан в 2017 году. В геномах обоих отсутствуют некодирующие повторы, которые так обильно представлены в геноме Pithovirus[4].
Pacmanvirus
Pacmanvirus был описан в 2017 году с помощью амёбы A. castellanii. Свое название эти вирусы получили за форму капсида, наблюдаемую при негативном окрашивании в
Tupanvirus
В феврале 2018 года было объявлено об открытии двух близкородственных гигантских вирусов, получивших названия Tupanvirus Soda Lake и Tupanvirus Deep Ocean согласно происхождению проб воды, из которых они были выделены. Они могут заражать амёб A. castellanii и V. vermiformis. Капсиды Tupanvirus по размеру примерно соответствуют мимивирусным (около 450 нм), однако они также имеют длинный цилиндрический хвост длиной около 550 нм, прикреплённый к основанию капсида. Ни у одного из известных на данный момент вирусов нет таких крупных придатков капсида[7].
Геном Tupanvirus представлен линейной двухцепочечной ДНК длиной около 1,5 млн п. о. В геноме содержится 1200—1400 открытых рамок считывания, из которых около 380 являются генами-сиротами. Виды рода Tupanvirus — абсолютные рекордсмены среди вирусов по количеству кодируемых компонентов трансляции. По сути, для полного набора им не хватает только рибосом. Они имеют гены около 20 аминоацил-тРНК-синтетаз, 70 тРНК, причем у Tupanvirus Deep Ocean есть даже тРНК для редкой аминокислоты пирролизина, восьми факторов инициации трансляции, одного фактора элонгации и одного фактора терминации, а также ряда вспомогательных белков, участвующих в трансляции. Ближайшие родственники Tupanvirus — мимивирусы, причём настолько близкие, что род Tupanvirus предполагается включить в семейство Mimiviridae[7].
Medusavirus
В 2019 году было объявлено об открытии нового гигантского вируса, поражающего амёбу A. castellanii, из воды горячего источника в Японии. Новый вирус получил название Medusavirus. Он имеет икосаэдрический капсид диаметром 260 нм, несущий необычные придатки со сферическими наконечниками. Геном представлен двуцепочечной молекулой ДНК длиной 381 тыс. п. о., в нём закодирован 461 предполагаемый белок. Между Medusavirus и амёбой-хозяином имели место многочисленные акты горизонтального переноса генов в обоих направлениях. Благодаря им в геноме Medusavirus появились гены, кодирующие все пять гистонов и эукариотическую ДНК-полимеразу, а в геноме A. castellanii обнаруживаются гены, кодирующие белки капсида. Морфологически и филогенетически Medusavirus весьма далёк от остальных гигантских вирусов, поэтому первооткрыватели предложили выделить его в собственное семейство Medusaviridae[8].
Жизненные циклы
Большинство известных на данный момент гигантских вирусов поражает амёбы рода Acanthamoeba. Однако неизвестно, есть ли у них другие хозяева. Эти амёбы питаются самыми разнообразными
Однако имеются некоторые свидетельства, что гигантские вирусы могут обитать не только в амёбах. Например, эксперименты показали, что мимивирусы могут проникать в
Сборка вирионов у гигантских вирусов происходит по-разному. В случае мимивирусов образование внутренней мембраны, сборка капсида, упаковка ДНК и сборка фибрилл происходят последовательно и сопровождаются перемещением вирионов из центра вирусной фабрики к её краям. У Pandoravirus и Mollivirus сборка оболочки и внутреннего содержимого вириона происходят одновременно. Выход вирионов гигантских вирусов сопровождается лизисом клетки амёбы, и только вирионы Mollivirus покидают клетку посредством экзоцитоза[4].
Судя по наличию в геномах гигантских вирусов генов, кодирующих белки
Вирофаги
Вместе с открытием нового члена семейства мимивирусов,[дата?] Mamavirus, был открыт первый вирофаг — вирус, размножение которого зависит от вируса-хозяина. В вирусных фабриках мамавируса обнаружили маленькие икосаэдрические вирионы, не похожие на вирионы Mamavirus. Новый вирус получил название «вирофаг Спутник»[4].
Геномы вирофагов представлены кольцевой ДНК длиной от 17 до 29 тысяч п. о. и содержат 16—34 гена, из которых некоторые гомологичны генам гигантских вирусов. После Спутника описали ещё несколько вирофагов, размножающихся при участии мимивирусов всех трёх линий (А, В и С). Был описан вирофаг, который мог паразитировать только на мимивирусах линий В и С; мимивирусы линии А были к нему устойчивы. Этот вирофаг получил название
Гигантские вирусы страдают не только от вирофагов. В 2012 году в геноме одного из мимивирусов были найдены мобильные генетические элементы, получившие название «трансповироны». Трансповироны состоят из семи тысяч п. о. и содержат 6—8 белоккодирующих генов, а на их концах находятся длинные
Положение в системе живого мира
Одной из самых необычных черт, отделяющих гигантские вирусы от прочих вирусов, является наличие генов, продукты которых задействованы в трансляции. У Tupanvirus имеется даже полный комплект белков и РНК, необходимых для трансляции, кроме компонентов рибосом. Французский микробиолог
Однако в строгом смысле слова гигантские вирусы не могут являться доменом, поскольку разделение клеточных организмов на три домена было осуществлено путём сравнения генов
Гигантские вирусы являются
Гигантские вирусы и происхождение эукариот
Тот факт, что вирусная фабрика гигантских вирусов, по сути, является ядром заражённой клетки (вироклетки), наводит на мысль, что эволюция гигантских вирусов и эволюция эукариот могут быть тесно связаны. Сходство вирусной фабрики и клеточного ядра отнюдь не поверхностно: обе структуры залегают в цитоплазме, и часто вирусные фабрики окружают себя мембранами
Можно предположить, что клеточное ядро произошло от вирусной фабрики древнего NCLDV, размножавшегося в протоэукариотической клетке. После этого вирусный геном слился с геномом протоэукариотической клетки и утратил способность к формированию вирионов, навеки став частью эукариотического генома[12].
Предлагался и другой сценарий, согласно которому гигантские вирусы, наоборот, произошли от ядра древней эукариотической клетки. Можно предположить, что клеточное ядро стало вирусной фабрикой, после того как в нём появились гены, необходимые для формирования вирионов. Впрочем, неясно, каким образом в вирион могла упаковаться целая хромосома[12].
Согласно третьей гипотезе, клеточное ядро появилось в качестве защитной структуры в результате взаимодействия протоэукариотической клетки с вирусом. Ядро давало возможность обезопасить репликацию и транскрипцию генома клетки от действия вируса, однако в ходе эволюции большинство вирусов научилось преодолевать эту преграду[12].
Взаимодействие с человеком
Судя по всему, гигантские вирусы распространены в природе очень широко: их удалось обнаружить в пробах морской и пресной вод, а также в образцах почв, собранных по всему миру. Их амёбы-хозяева также распространены очень широко и часто обитают рядом с человеком. Некоторые гигантские вирусы, а именно мимивирусы, удалось выделить из различных животных — устриц, пиявок, мартышек и коров. Marseillevirus выделили из двукрылых насекомых, а фаустовирус однажды был найден в организме мокреца[13].
Гигантские вирусы неоднократно обнаруживали в биологических материалах, взятых от людей. Они были выявлены в кале и
Мимивирусы могут проникать в человеческие и мышиные фагоциты. В течение 30 часов после попадания мимивируса в мышиный макрофаг количество вирусной ДНК в клетке значительно увеличивается, а экстракт из заражённых макрофагов приводит к лизису амёб. Также было обнаружено, что мимивирус может размножаться в одноядерных клетках периферической крови человека и подавлять в этих клетках экспрессию генов, стимулированных интерфероном. Через 21 день после заражения Marseillevirus иммортализованных человеческих Т-лимфоцитов в них удалось выявить не только вирусную ДНК, но и целые вирионы. Таким образом, гигантские вирусы могут успешно размножаться и вне амёб[13].
Мимивирус был обнаружен случайно при исследовании причин вспышки пневмонии. В плазме крови пациентов с пневмонией мимивирусы обнаруживают в существенно бо́льшем количестве, чем у здоровых людей. У пациентов, заразившихся пневмонией уже в больнице, в крови выявляли многочисленные антитела против мимивируса. При этом независимые исследования показали, что в больницах мимивирусы присутствуют в гораздо бо́льшем количестве, чем в обычных помещениях. Был описан один случай заболевшего пневмонией лаборанта, который много работал с мимивирусом голыми руками. В его крови обнаружили антитела к 23 белкам мимивируса, из которых 4 были уникальны для мимивируса. Похожий случай произошёл в 1968 году с лаборантом, не соблюдавшим правила техники безопасности при работе с вирусом Эпштейна — Барр, который в итоге заболел инфекционным мононуклеозом. Как стало известно впоследствии, инфекционный мононуклеоз вызывается именно вирусом Эпштейна — Барр. У двух пациентов, вернувшихся во Францию из поездки в Лаос и страдавших от астении, лихорадки, миалгии и тошноты, в крови выявили антитела к вирофагу Спутник, который паразитирует на мимивирусах[13].
Таким образом, на данный момент однозначно записать гигантские вирусы в список человеческих патогенов ещё рано, однако можно определённо сказать, что они участвуют в патогенезе многих заболеваний человека[13].
Примечания
Комментарии
- ↑ На английском языке.
Источники
- ↑ Классификация вирусов по версии ICTV 2018 года. Дата обращения: 27 декабря 2018. Архивировано 20 марта 2020 года.
- doi:10.1511/2011.91.304.]
- ↑ ]
- ↑ ]
- ]
- ]
- ↑ ]
- doi:10.1128/JVI.02130-18.]
- ]
- ]
- ↑ ]
- ↑ ]
- ↑ ]
Ссылки
- Елизавета Минина. Гиганты вирусного мира. Статья на Биомолекула.ру (31 августа 2018). Дата обращения: 22 января 2019.
 | Эта статья входит в число избранных статей русскоязычного раздела Википедии. |