Бактериофаги — вирусы, которые заражают бактерии, — приобрели множество хитроумных адаптаций к жизни внутри клетки. Джамбо-фаги среди них выделяются рекордными размерами — как вирусной частицы, так и генома. Вирусы-«слоны» даже приобрели структуру наподобие ядра эукариот, хранящую генетический материал. Авторы новой статьи в Nature узнали, как такое «ядро» импортирует из цитоплазмы бактерии необходимые вирусу белки.
Джамбо-фаг заражает клетку / © youtube.com, UC San Diego
Вирусы — это проблема не только для человека, животных и растений. Многие заражают прокариотические организмы, включая бактерий и архей. Такие внутриклеточные паразиты называют «бактериофагами», или просто фагами.
Сотни миллионов лет совместной эволюции сделали бактерий хорошо приспособленными к их бактериофагам, и наоборот. Эта «гонка вооружений» породила множество уникальных молекулярных адаптаций, в которые ученые только начинают вникать.
Недавно биологам удалось открыть необычную группу вирусов бактерий — джамбо-бактериофаги (jumbo-phages). Более литературно термин можно перевести как «фаги-слоны» или «XXL-бактериофаги». Кроме очень крупных вирусных частиц (вирионов) джамбо-фаги примечательны огромными геномами — свыше 200 тысяч пар нуклеотидов. Или даже в несколько раз больше.
Помимо гигантизма у таких вирусов есть качественные отличия, которые не встретишь у других. Например, бактериофаги группы ФKZ имеют нечто вроде ядра, это структура, где хранится генетический материал. Она спасает фаговую ДНК от расщепления ферментами бактерии (рестриктазами), призванными уничтожить непрошеных гостей.
При этом вирусы не имеют клеточной организации, а оформленное ядро как «отсек» для ДНК приобрели лишь более сложные, эукариотические клетки. У тех же бактерий геном в виде кольцевой ДНК (нуклеоид) находится в самой цитоплазме.
Настоящее ядро эукариот нуждается в налаженной системе транспорта молекул внутрь и наружу. Как же обслуживают и регулируют работу своего «вирусного ядра» джамбо-бактериофаги? С вопросом разобрались авторы статьи в лидирующем научном журнале Nature.
Ученые использовали управляемую эволюцию бактериофагов, чтобы ограничить или прекратить импорт в их «ядро» конкретных белков. Так они выявили целую систему, регулирующую транспорт через границы этой уникальной структуры. Описали пять эволюционно консервативных белковых факторов (Imp1-Imp5), с помощью которых импортируются шесть белков (Nlp1-Nlp4, Imp2 и TopA). Перенос пяти из них происходил с участием одного и того же фрагмента фактора Imp1 (он же gp69), который появляется на ранней стадии инфекции в формирующейся ядроподобной структуре джамбо-фагов.
В связке с Imp1 (gp69) работает белок Imp6 (gp67), причем оба закодированы в одном и том же локусе вирусного генома. Для переноса в «ядро» фага отдельных молекул (например, надрезающей ДНК топоизомеразы TopA) нужен также белок Imp3 (gp59). Он способствует работе первого фактора — Imp1, или gp69.
Работа демонстрирует, что при кажущейся простоте бактериофаги могут использовать очень сложные молекулярные механизмы. Они близки к тем, что приобрели клетки с самым высоким уровнем организации — эукариотические. Результат может стать дополнительным аргументом гипотезы происхождения клеточного ядра от «вирусной фабрики». Это замкнутая структура в зараженной клетке, которую вирус создает для своего копирования.
