Война вирусов и бактерий подтвердила гипотезу Черной Королевы. Обнаружен вирус, не несущий известных генов
Война вирусов и бактерий подтвердила гипотезу Черной Королевы. Обнаружен вирус, не несущий известных генов
11 дней назад 110 tass.ru naked-science.ru

Один из главных принципов эволюционной биологии вновь оказался верен.

Наблюдения за "войной" между несколькими видами бактерий и вирусами, живущими в водах Тихого океана и Калифорнийского залива, помогли биологам подтвердить, что борьба с паразитами - это один из главных двигателей эволюции всей жизни в целом. Результаты их наблюдений опубликовал научный журнал Nature Microbiology.

"Гипотеза Красной Королевы гласит, что всем видам живых существ приходится меняться максимально быстро, чтобы не отставать от своих естественных врагов и паразитов. Наши наблюдения идеально укладываются в этот принцип, один из главных столпов современной эволюционной биологии", - прокомментировал исследование один из его авторов, биолог из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе Джед Фармэн.

Ученые предполагают, что первые многоклеточные животные, которые появились на Земле примерно 550 млн лет назад, изначально размножались бесполым путем. При этом они достаточно быстро перешли к половому размножению, научившись обмениваться и комбинировать генетический материал.

Сторонники так называемой гипотезы Черной Королевы считают, что причиной возникновения полового размножения были паразиты и вирусы, которые эволюционировали быстрее, чем их бесполые жертвы. Гипотезу назвали в честь героини Льюиса Кэрролла, которая известна фразой о том, что в Зазеркалье "приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте". 

Недавно ученые нашли первые свидетельства в пользу справедливости этой гипотезы: оказалось, что рачки-дафнии, которые отказались от полового размножения, постепенно потеряли стойкость к болезням и паразитам.

Фармэн и его коллеги выяснили, что аналогичные принципы управляют эволюцией и одноклеточных живых существ. В водах Мирового океана есть бесчисленное множество микробов и вирусов, причем число последних на несколько порядков выше. Возникает два вопроса - почему вирусы до сих пор не уничтожили бактерий и почему их концентрация почти никогда не меняется.

Круговорот вирусов в природе

Американские биологи попытались разрешить эту проблему, на протяжении пяти лет собирая пробы воды из разных уголков Калифорнийского залива и других частей Тихого океана. Из них ученые извлекали все вирусы и микробы, а также анализировали устройство их ДНК.

К большому удивлению ученых этот анализ показал, что видовой состав и уровень генетического разнообразия вирусов оставался почти неизменным на протяжении всех пяти лет наблюдений. В частности, следы 95% вирусов можно было найти во всех образцах воды, причем их генетический материал совпадал примерно на 97%, за исключением набора мелких мутаций.

При этом, однако, ученые зафиксировали необычный "круговорот" различных штаммов вируса. В зависимости от времени года в водах залива и океана доминировали сначала одни подвиды бактериофагов, а затем они уступали место другому набору "киллеров" микробов с иным набором точечных изменений в тех генах, которые помогают им проникать внутрь бактерий.

Подобный циклический "круговорот" вирусов, по мнению Фармэна и его команды, говорит о том, что характер течения "войны" между морскими микробами и бактериофагами объясняется той же гипотезой Черной Королевы, что и эволюция полового размножения среди многоклеточных животных.

В данном случае роль подобного организма играет все сообщество бактерий и вирусов. Его облик и видовой состав не меняются в целом, однако доминирующие в них виды и штаммы постоянно замещают друг друга из-за появления новых защитных или атакующих приспособлений у их "вечного врага" - коллектива микробов или бактериофагов. Они эволюционируют примерно с равной скоростью, в результате этого численность и тех, и других в водах моря всегда остается примерно одинаковой и никогда не меняется, заключают авторы статьи.

Обнаружен вирус, не несущий известных генов

Новый представитель группы гигантских вирусов невелик, зато его ДНК почти целиком состоит из генов, не имеющих аналогов в природе.

Открытые лишь в XXI веке гигантские вирусы достигают размеров, сравнимых с бактериальной клеткой. Они несут соответствующей длины ДНК, которая превышает 200 тысяч пар оснований и часто содержит «гены-сироты» (ORFan), не встречающиеся больше ни у одной группы организмов. Все известные гигантские вирусы являются паразитами амеб. 

Паразитирует на них и новый вирус, обнаруженный учеными из Бразилии и Франции, довольно крупный, хотя великаном его не назовешь: размеры частиц составляют около 80 нанометров. Для сравнения, гигантские мимивирусы достигают 500 нанометров, пандоравирусы — 1000 нанометров. Зато геном его оказался уникальным.

Как и прочие вирусы этой группы, он представлен двухцепочечной ДНК. Его длина составляет 44 900 пар оснований и содержит 74 кодирующих фрагмента, сообщают Йонатос Абрахао (Jônatas Abrahão) из Федерального университета Минас-Жерайс и его коллеги, соавторы новой статьи, представленной в открытой онлайн-библиотеке препринтов bioRxiv.

Новый вирус получил название «яравирус» (Yaravirus) — в честь Яры, «матери вод» в мифологии южноамериканских племен тупи-гуарани. Самым удивительным свойством яравируса оказалось то, что 68 его генов (больше 90 процентов) не находят аналогов ни у одного известного организма. Его геном является «орфанным» практически целиком.

По данным ученых, лишь шесть рамок считывания во всей ДНК яравируса могут быть родственны известным генам гигантских вирусов. При этом три из них похожи на гены, белки-продукты которых остаются неизвестными. Наконец, в коде яравируса обнаруживаются шесть типов транспортных РНК, которые также не имеют других известных аналогов.

0 комментариев
Архив