В океане обнаружен новый тип вирусов

28 января 2018



Благодаря тому, что доминирующий в водах Мирового океана тип вируса обладает свойствами, которые стандартные тесты не могут обнаружить, ему долгое время удавалось скрываться от вирусологов. И только совсем недавно исследователям из Массачусетского технологического института и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна удалось изолировать и изучить представителей этих неуловимых вирусов, являющихся, по словам ученых, ключевым недостающим звеном в эволюции вируса и играющим важную роль в регулировании популяций бактерий.

Инфицированные «бесхвостыми» вирусами морские бактерии под электронным микроскопом. Стенки бактериальных клеток визуализируются как длинные двойные линии, а вирусы - это маленькие круглые объекты с темными центрами.

Вирусы являются основными хищниками для бактерий, и полученные в результате исследований данные свидетельствуют о том, что нынешний взгляд на разнообразие бактериальных вирусов имеет много белых пятен. Эти выводы появились благодаря детальному анализу морских образцов, проведенных командой ученых во главе с постдоком Массачусетского технологического института Кэтрин Кауфман. В исследовании принимали участие профессор гражданской и экологической инженерии Мартин Полз, профессор Либушей Келли из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна и девять других ученых. Результаты опубликованы во второй половине января 2018 в журнале Nature.

Недавно идентифицированным вирусам не хватает «хвоста» из ДНК-цепочки, обнаруженного на большинстве классифицированных и каталогизированных бактериальных вирусов, они имеют и несколько других необычных свойств, которые привели к тому, что их упускали из вида во время проведения предыдущих исследований. Исследователи назвали открытую ими группу вирусов Autolykiviridae, сравнив микроорганизмы с Автоликом, легендарно неуловимым персонажем из греческой мифологии. В отличие от типичных вирусов, которые охотятся только на один или два типа бактерий, этот бесхвостый вид может заражать десятки различных типов бактерий, зачастую относящихся к разных родам, что подчеркивает его экологическую значимость.

«Это исследование открывает новые возможности для дальнейшего понимания роли вирусов в океане», - говорит Джед Фурман, председатель общества Морской биологии Маккаллох-Кросби в Университете Южной Калифорнии, который лично не участвовал в работе. «В прикладном смысле оно показывает, как нужно изменить стандартные методы идентификации, чтобы иметь возможность выделять эти виды вирусов для различных исследований», - говорит он. «Я назвал бы это открытие весьма важный шагом в данной области».

Современные экологические модели взаимодействия вирусов и бактерий базируются исключительно на «хвостатых» вирусах, объясняет Кауфман, поэтому обнаружение нового типа вирусов их сильно пошатнули.

«Мы уже знали, что там обитают важные вирусы», - говорит Кауфман, имея в виду поверхность океана, где и были взяты образцы для исследований, и где в каждом миллилитре воды содержится около 10 миллионов вирусов. Польц говорит, что, хотя «большинство вирусов, изученных в лабораториях, имеют хвосты, многие из их собратьев в океане обходятся без них». Команда провела исследование одного подмножества бесхвостых вирусов, заражающее группу бактерий под названием Vibrio. После многочисленных тестов они обнаружили, что «некоторые из вирусов заражают необычно большое количество бактерий-хозяев», - говорит он.

«После упорядочения представителей Autolykiviridae мы обнаружили, что их геномы сильно отличаются от других вирусов. Например, их геномы короткие, в среднем в 4-5 раз короче генома хвостатых вирусов.», - говорит Полз.

Обладая последовательной информацией о новых вирусах, исследователи смогли пересмотреть базы данных и обнаружили, что такие вирусы существуют во многих других местах. Исследование также показало, что эти вирусы, не были представлены в базах данных из-за вида обработки образцов в лабораториях. Усовершенствованная пробоподготовка, новые методы идентификации, разработанные командой для получения этих вирусов из образцов окружающей среды, могут помочь исследователям избежать подобных потерь информации в будущем. Кауфман объяснила ошибку: исследователи проверяют вирусную активность, заражая бактерии вирусным образцом, а затем, проверяют образцы через день, чтобы найти признаки того, что колонии бактерий были убиты. Но эти особые вирусы часто действуют медленнее, и убитые ими участки колоний могут не появляться несколько дней, поэтому присутствие вирусов в большинстве исследований и не было замечено.

Новая группа вирусов может быть сильно распространена. «Мы не думаем, что это характерно только для океана, - говорит Полз. Например, такие вирусы могут присутствовать в биоме человека, они могут играть роль в основных биогеохимических циклах, например, в круговороте углерода, добавил ученый.

Другим важным аспектом этих исследований является доказательство того, что Autolykiviridae являются членами древней линии вирусов. Данная линия характеризуется конкретными типами капсидов, особой белковой оболочкой, содержащей вирусную ДНК и другими особенностями. Доказано, что линия очень широко представлена у животных и простейших, она включает такие вирусы, как аденовирусы, заражающие людей, и гигантские вирусы, заражающие водоросли. Однако было обнаружено, что очень мало из изученных вирусов такого типа заражают бактерии.