Моделирование определило биомолекулярные условия для активизации гигантских вирусов

В последние годы ученые обнаруживают все больше гигантских вирусов, которые по своим размерам превышают более 300 нанометров, обладают геномом длиннее 200 тысяч пар оснований, вирионами свыше 0,2 микрометра в диаметре и способны существовать в течение тысячелетий, несмотря на суровые условия. Первый такой «гирус» открыли французские исследователи в 2003 году, за свое сходство с микроорганизмами он получил название «мимивирус». Гигантские вирусы в основном поражают протистов, а вот вопрос о том, подвержены ли им люди, остается дискуссионным.

Хотя специалисты значительно продвинулись в изучении этих вирусов, ключевые аспекты процесса заражения ими клеток и их жизненные циклы продолжают исследовать. Так, группа ученых из Университета штата Мичиган (США) и их коллеги из Бразилии посредством передовых технологий визуализации разработали надежную (по их словам) компьютерную модель для изучения гирусов, идентифицировали и охарактеризовали несколько ключевых белков, ответственных за их активизацию.

«Гигантские вирусы огромны и сложны, — говорит ведущий автор работы, опубликованной в журнале Cell, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии Кристин Пэрент. — Гигантские вирусы, недавно обнаруженные в Сибири, сохранили способность заражать даже после 30 тысяч лет в условиях вечной мерзлоты».

Прочная внешняя оболочка вирусов — капсид — состоит из белков и может противостоять суровым условиям, защищая вирусный генетический материал (ДНК или РНК) от различных повреждений (например, перепадов температур или радиации). Капсиды мимивируса, тупанвирусов, вируса Самба (Samba virus) и вируса из Антарктиды, которые послужили основой для исследования, имеют форму икосаэдра, правильного выпуклого двадцатигранника. Кроме того, изученные виды обладают уникальным механизмом высвобождения вирусного генома — через точку, которую прозвали «звездными вратами».

Ученые использовали новый метод для имитации процесса заражения: используя криоэлектронный и сканирующий электронный микроскопы они подвергали различные виды гирусов химическому и внешнему воздействию. «Криоэлектронный микроскоп позволяет нам изучать вирусы и белковые структуры на атомном уровне и фиксировать их в действии. Доступ к этой технологии очень важен», — отметили специалисты.

В результате авторы исследования установили три типа биомолекулярных условий, при которых «звездные врата» гигантских вирусов открывались и успешно выпускали вирусный геном: низкий уровень pH, высокая температура и повышенное содержание соли. 

«Мы обнаружили, что печать «звездных врат» этой «морской звезды» медленно приоткрывается, оставаясь прикрепленной к капсиду, а не просто выпуская все сразу. Наше описание стратегии высвобождения гигантского вирусного генома означает еще один сдвиг парадигмы в области вирусологии. <…> Эта новая модель позволит ученым надежно и с высокой частотой имитировать стадии заражения, давая путь для будущих исследований и значительно упрощая ход работ», — подчеркнул Пэрент.

Благодаря возможности последовательно воссоздавать различные стадии инфекции, ученые также изучили белки, выделяемые вирусом на первом этапе: они управляют многими биологическими процессами, обязательными для заражения. То, что большинство из изученных типов гигантских вирусов одинаково реагировали in vitro, натолкнуло на вывод, что представители этой группы имеют общие характеристики и, вероятно, сходные белки.

«Результаты исследования помогают установить предполагаемые роли многих белков с ранее неизвестными функциями. Мы определили ключевые белки, высвобождаемые на начальных стадиях инфекции, которые помогают опосредовать процесс и завершить захват клетки. <…> Точные функции многих этих белков и то, как они управляют вирусом, служат главными кандидатами для будущих исследований», — подытожили исследователи.

Ранее ученые обнаружили яравирус — представителя группы гигантских вирусов, который пусть и не так велик, но зато его ДНК почти целиком состоит из генов, не имеющих аналогов в природе.