Гігантські віруси запідозрили в наявності енергетичного метаболізму

Французькі дослідники експериментально показали, що для гігантських пандоравірусів характерні деякі реакції клітинного енергетичного метаболізму. Зокрема, у них виявили активність одного з ферментів метаболізму вуглецю і здатність створювати протонний градієнт на мембрані. Ці дані вимагають перегляду концепції вірусів в цілому або виділення гігантських вірусів в окрему групу, вважають автори препринту на bceRxiv.

Гігантські віруси, відкриті 2003 року, принципово відрізняються від «класичних» вірусів величезним розміром частинок, порівнянним з розміром бактерій, і великим розміром геному. Всі описані на сьогоднішній день гігантські віруси паразитують на амебах, проте генетичний аналіз дозволяє припустити, що у них може бути деякий ступінь автономії від свого господаря. Так, аналіз геному гігантського тупанвірусу показав наявність цілком розвиненого апарату трансляції білка: для реалізації інформації, закодованої в матричній РНК, йому не вистачає тільки рибосом.

Найбільші відомі віруси належать до групи пандоравірусів. Перший з них, був відкритий в 2013 році і привернув увагу своїм величезним геномом розміром у два з половиною мільйони пар підстав, - всього в два рази менше, ніж у кишкової палички. Іншою цікавою особливістю виявилася відсутність генів, які кодують білки капсида, тобто класичної вірусної оболонки. Замість капсида у зрілих частинок пандоравірусів є аналог мембрани, під якою розташовується багатошарова оболонка, мабуть, що складається з целюлози.

Мембрани відіграють ключову роль в енергетичному метаболізмі живих клітин. Наприклад, створення різниці потенціалів у формі протонного градієнта на мембрані мітохондрії дозволяє перевести її в хімічну форму і синтезувати молекули АТФ - універсальну енергетичну валюту клітин.

У новій роботі дослідники з Університету Екс-Марсель під керівництвом Бернарда Ла Сколи (Bernard La Scola) і Дідьє Рауля (Didier Raoult) отримали докази того, що у деяких гігантських вірусів, можливо, є частково автономний енергетичний метаболізм - у них знайшли аналоги ферментів циклу трикарбонових кислот (він же цикл і ккл Протребса).

Біологи досліджували нещодавно описаний у їхній лабораторії гігантський вірус, і виявили, що мембрана зрілих частинок здатна до накопичення протонного градієнта. Вчені фарбували заражені вірусами клітини амеб мітохондріальним барвником MitoTracker, який починає світитися за наявності електроградієнта на мембранах. Виявилося, що сигнал барвника також колокалізується з вірусними частинками всередині амеби, які позначили флуоресцентними антитілами. Експеримент відтворився також на ізольованих вірусних частинках і з іншим барвником. Крім того, флуоресценція барвника посилювалася при додаванні універсальної «сировини» для продукції АТФ - ацетил-КоА. Таким чином, мембрана пандоравірусів, мабуть, виконує і енергетичну функцію.

За допомогою біоінформатичного аналізу вчені виявили в геномі вірусу вісім генів зі слабкою схожістю з генами ферментів циклу трикарбонових кислот. Така послідовність реакцій «прокручує» згадану молекулу ацетил-КоА з утворенням відновлених переносників протонів, які потім передають їх на мембрану. Виявилося, що шість з восьми цих генів експресуються одночасно, в кінці циклу розвитку вірусу. Однак синтез рекомбінантних ферментів, що відповідають цим генам, в клітинах кишкової палички, показав, що тільки один з них дійсно володіє відповідною активністю - це виявилася ізоцитратдегідрогеназа.

Навіщо пандоравірусам потрібен енергетичний метаболізм, не зовсім зрозуміло - слідів синтезу АТФ у зрілих частинках дослідники не виявили. На прикладі інших гігантських вірусів, у яких біоінформатично також були виявлені гени метаболізму вуглецю, можна припустити, що так вони можуть коригувати роботу клітинних систем господаря.

Крім того, походження цих генів теж не ясно. З одного боку, вони можуть бути запозичені у господаря, проте деякі групи гігантських вірусів відрізняються геномами, де більшість генів не має хорошої гомології з відомими послідовностями (про один такий вірус ми вже писали). Цей факт породив гіпотезу про те, що гігантські віруси (пандоравіруси, зокрема) - це своєрізні «фабрики нових генів», що робить їх вкрай цікавими об'єктами з точки зору дослідження процесів еволюції.