Откриха механизма, по който вирусите се закрепват един към друг, за да оцелеят в гостоприемника

За първи път учени от Университета на Мериленд в Балтимор стават свидетели на непознато до момента взаимодействие между два вируса, или как сателитен бактериофаг се закрепва физически към друг бактериофаг, наричан помощник.

Вирусите и техните сложни механизми за взаимодействие

„Знаем, че жизненият цикъл на някои вируси (известни още като сателити) зависи не само от организма гостоприемник, но и от наличието на друг вирус (помощник), пояснява Айвън Ерил, професор по биологични науки. Сателитният вирус се нуждае от помощника, за да изгради капсида си – протеиновата обвивка, която съдържа цялата му генетична информация, или за да репликира успешно своята ДНК. За да се случи това, е нужно двата патогена да са в непосредствена близост един до друг поне за кратко, но нито един екип досега не е ставал свидетел на самия процес на свързване.

Как протича взаимодействието между два вируса

В научен доклад, публикуван в списание Journal of the International Society of Microbial Ecology, експертите описват начина, по който сателитен бактериофаг (вирус, който заразява бактериални клетки) се закрепя към „врата“ на бактериофага помощник. Под „врат“ се има предвид мястото, където капсидът се съединява с опашката на вируса.

Снимките от наблюденията с електронен микроскоп показват, че близо 80% от вирусите помощници, или 40 от 50, има закрепен сателитен бактериофаг. При останалите се забелязват следи от пипалца на сателит, отново в областта на „врата“.

Таджид деКарвальо, пръв автор на проучването, казва: „Още не мога да повярвам. Никой преди нас не бе виждал как точно един вирус се закрепя за друг.“

Продължително взаимодействие

След първоначалното откритие, Елиа Масколо, съавтор и част от изследователската група на проф. Ерил, анализира геномите на сателита, помощника и гостоприемника и се натъква на други интересни особености, касаещи връзката между двата бактериофага. Той забелязва, че повечето сателитни вируси съдържат ген, който им позволява да достигнат до генетичния материал на клетката гостоприемник, след като проникнат в нея. По този начин всеки път, когато вирус помощник успее да проникне в клетката, сателитът започва да се размножава. Освен това при делене клетката гостоприемник копира не само своя, но и ДНК материала на сателита.

Сателитът, изолиран от пробата, получава името MiniFlayer и е първият известен такъв, който не притежава ген за интегриране. Именно заради неговата липса вирусът трябва да е в близост до помощника, наречен от студентите MindFlayer. Без него бактериофагът сателит не би оцелял в гостоприемната клетка. Според Ерил закрепването гарантира, че и двата вируса ще навлязат в клетката по едно и също време.

Допълнителен биологично-информационен анализ разкрива, че MindFlayer и MiniFlayer съжителстват успешно дълго време и така си осигуряват нужните условия за развитие.

Проф. Ерил добавя: „Вирусът сателит е адаптирал и оптимизирал генома си милиони години, за да може да се свърже точно по начина, който наблюдаваме днес. Затова смятаме, че има и други системи, които функционират ефективно на подобен принцип.“

Случайно замърсяване или важно откритие?

Всъщност откритата връзка между сателита и помощника* можеше лесно да бъде пропусната. Всичко започва с едно задание за студентите, които трябва да изолират бактериофаги от проби. Те изпращат изолирания материал за секвениране, след което прилагат биоинформационен подход за анализ на получените резултати.

Пробата, която от лабораторията за секвениране определят като замърсена, съдържа едно дълга ДНК секвенция: бактериофагът, който студентите са очаквали да открият. Освен него обаче те се натъкват и на друга, по-малка секвенция, която не им е позната. След повторно изолиране, пробата е изпратена за секвениране още веднъж. Едва тогава екипът получава окончателните резултати.

Без снимките, направени с трансмисионен електронен микроскоп, взаимодействието между сателита и помощника би останало незабелязано. ДеКарвальо споделя, че някои открития не могат да бъдат направени, ако учените не разполагат със специализирана апаратура.

Какво предстои оттук нататък

Експертите планират да проучат по-задълбочено механизма на закрепване на сателита и колко често се използва той от вирусите. „Възможно е много бактериофаги, които сме смятали, че са замърсени, всъщност да са били свързани с вируси помощници“, споделя деКарвальо. 

* Tagide deCarvalho, Elia Mascolo, Steven M. Caruso, Kathleen Weston-Hafer, Christopher Shaffer, Ivan Erill et al, Simultaneous entry as an adaptation to virulence in a novel satellite-helper system infecting Streptomyces species, 31 October 2023, The ISME Journal.