Virofagit

Virofagit

Sputnik virofagi kapsidi
tieteellinen luokittelu
Ryhmä:Virukset [1]Valtakunta:VaridnaviriaKuningaskunta:BamfordviraeTyyppi:PreplasmiviricotaLuokka:MaveriviricetesTilaus:PriklausoviralesPerhe:Virofagit
Kansainvälinen tieteellinen nimi
Lavidaviridae
Baltimore Group
I: dsDNA-virukset

Virofagit [2] [3] ( eng.  Virophages , lat.  Lavidaviridae ) ovat virusryhmä , joka voi lisääntyä soluissa vain toisen viruksen (isäntäviruksen) läsnä ollessa, mutta joilla on monimutkaisempi genomit ja virionit kuin muilla satelliittiviruksilla [ 4] . Virofageilla on ikosaedriset kapsidit , niiden genomeja edustavat kaksijuosteiset DNA - molekyylit . Ensimmäiset tämän virusryhmän edustajat kuvattiin vuonna 2008, ja vuoden 2016 loppuun mennessä tunnettiin 18 virofagigenomia, joista kaksi oli lähes kokonaan sekvensoitu . Virofageja on löydetty monista erilaisista elinympäristöistä – valtamerten syvistä vesistä ja maalta; yksi virofagi eristettiin piilolinssinesteestä , joten on mahdollista, että virofagit ovat vuorovaikutuksessa myös ihmiskehon kanssa [5] .

Virofagit ehdotetaan luokiteltavaksi Lavidaviridae -heimoon , jonka fylogeneettisiä suhteita ei ole vielä täysin selvitetty [5] [6] . Maaliskuussa 2018 Kansainvälinen virustaksonomiakomitea tunnusti kuitenkin virallisesti vain kaksi sukua ja kolme lajia [7] .

Opiskeluhistoria

Kaikissa tutkituissa virofageissa isäntävirus kuuluu perheeseen Mimiviridae (joissakin eristetyissä virofageissa isäntävirusta ei kuitenkaan tunneta), joten virofagien tutkimuksen historia liittyy läheisesti tutkimuksen historiaan. tästä jättiläisvirusperheestä [6] . Vuoteen 2008 asti tässä perheessä tunnettiin vain yksi edustaja - mimivirus Acanthamoeba polyphaga mimivirus , joka tartuttaa ameeba Acanthamoeba polyphaga . Vuonna 2008 kuvattiin toinen Mimiviridae -suvun jäsen , joka lisääntyi ameebassa Acanthamoeba castellanii ja jota kutsuttiin mamavirukseksi [8] . Samanaikaisesti mamaviruksella infektoituneiden amebojen sytoplasmassa elektronimikroskopiaa käyttämällä pystyttiin tunnistamaan pieniä virioneja , joiden halkaisija oli noin 50 nm (niiden genomi koostui 18 343 emäsparista, jotka koodaavat 21 proteiinia ). Niitä löydettiin mamaviruksen virustehtaista, joista uusi virus sai nimekseen Sputnik [ 5 ] [ 9 ] . 

Mamaviruksella ja Sputnikilla samanaikaisesti infektoiduissa ameboissa syntyneiden mamavirusvirionien morfologia oli epäsäännöllinen, ja vain 30 % niistä kykeni aiheuttamaan infektion muissa soluissa. Koska Sputnik käytti lisääntymiseensa mamaviruksen virustehtaita vähentäen viimeksi mainitun lisääntymistehoa, se eristettiin uudeksi virusryhmäksi, jota kutsutaan virofageiksi . Sittemmin on kuvattu useita muita virofageja (perustuu pääasiassa metagenomiin tietoihin). Oli mahdollista eristää kuusi virofagia useista eri lähteistä - kuten vedestä, maaperästä ja jopa piilolinssien pesunesteestä - saatuja eri paikoista: Ranskassa , USA :ssa ( Texas ), Brasiliassa ja Tunisiassa . Vielä suurempi määrä virofageja tunnetaan vain genomitiedoista, ja niitä kuvataan useista eri paikoista otettujen näytteiden metagenomisen seulonnan tuloksista [5] .

Kuvaus

Kaikki eristetyt virofagit ovat pieniä viruksia, joiden ikosaedriset kapsidit ovat halkaisijaltaan 35–74 nm. Vain Sputnik-virofagissa on tutkittu kapsidin spatiaalista rakennetta ( kryoelektronimikroskoopilla ). Sputnikin virionit ovat halkaisijaltaan 74 nm, ja sen ikosaedrinen kapsidi koostuu 260 pseudoheksameerisestä ja 12 pentameerisesta kapsomeerista , jotka sijaitsevat kapsidin kärjessä. Pseudoheksameeriset kapsomeerit muodostetaan trimerisoimalla monomeerit hyytelörullalla . Pentameerisissa kapsomeereissä on keskusonteloita, jotka, kuten bakteriofagien , voivat toimia DNA-molekyylien sisään- ja ulostuloon kapsidista. Kapsidin alla on 4 nm paksu lipidikaksoiskerros [5] .

Virofagin genomeja edustavat kaksijuosteiset DNA-molekyylit, joiden koko vaihtelee 17 - 30 tuhannen emäsparin (bp) välillä ja jotka koodaavat 16 - 34 proteiinia. Noin 60 % kunkin virofagin geeneistä on orpogeenejä ( ORFans ) , joilla on  tuntemattomia toimintoja, eli niillä ei ole homologiaa minkään tällä hetkellä tunnetun geenin kanssa. Kuusi tunnetuista virofagigeeneistä löytyy melkein kaikista virofageista; niillä on taipumus olla kriittinen rooli replikaatiossaan [10] . Näitä geenejä ovat geenit, jotka koodaavat suuria ja pieniä kapsidiproteiineja, oletetun FtsK-HerA-perheen DNA:ta pakkaavien ATPaasien geenit, kysteiiniproteaasigeeni, DNA- helikaasi /primaasi (S3H) -geeni ja geeni, joka koodaa sinkkiä sisältävää proteiinia. ribbon domain ( englanniksi zinc-ribbon domain ). Lisäksi useilla virofageilla on konservoituneita geenejä, jotka koodaavat kahta erilaista integraasiperhettä (oletettu tyrosiiniintegraasi Sputnikissa ja oletettu rve-integraasi maviruksessa ja AML:ssä). Useiden konservoituneiden geenien läsnäolo todistaa virofagien monofyleettisen alkuperän [5] .  

Monimuotoisuus

Vuodesta 2016 lähtien GenBank-tietokanta sisälsi 18 virofagin täydelliset tai osittaiset genomisekvenssit [5] . Vuoden 2017 loppuun mennessä tutkijoiden käytettävissä olevien virofagien täydellisten tai osittaisten genomisekvenssien määrä nousi 57:ään [11] .

Virofagin Sputnik löytöä vuonna 2008 seurasi kolmen muun sukulaisen virofagin kuvaus. Sputnik 2 eristettiin piilolinssien pesusta vuonna 2012 yhdessä Lentilleviruksen  , A-ryhmän mimiviruksen kanssa. Kävi ilmi, että lentillevirusgenomi sisältää integroidun Sputnik 2 -genomin sekä aiemmin tuntemattomia liikkuvia elementtejä, nimeltään transpovirons . Sputnik 3 havaittiin polymeraasiketjureaktiolla (PCR) vuonna 2013 maanäytteestä. Vuonna 2014 kuvattiin Sputnik Rio Negro, Samba-virukselle (ryhmän C mimivirus) loistava virofagi. Tämän virofagin kapsidi on puolet pienempi kuin muiden seuralaisten kapsidit (sen halkaisija on 35 nm verrattuna ~ 70 nm muihin mimiviruksiin) [5] [12] .

Kaikkien tällä hetkellä tunnettujen satelliittien genomeja edustavat pyöreät DNA-molekyylit. Sputnik-virofagissa genomi sisältää 18 343 emäsparia (bp), 18 338 emäsparia. - Sputnik 2:lle ja sama Sputnik 3:lle. Sputnik Rio Negron genomi ei ole vielä saatavilla. Erot kolmen seuralaisen genomien välillä ovat alle 10 bp; kaikissa kolmessa virofagissa genomin GC-koostumus on alhainen , kuten mimiviruksilla. Ne sisältävät 20-21 avointa lukukehystä ( englanniksi  avoin lukukehys, ORF ), jotka koodaavat proteiineja, joiden pituus on 88-779 aminohappotähdettä (a.o.). Neljälle geenille mimivirusten genomeista löydettiin homologeja eukaryoottien ja bakteriofagien genomeista , kolmelle - mimivirusten geeneistä ja yksi geeni on homologinen arkeaalisen virusgeenin kanssa ; muut geenit eivät osoita mitään homologiaa tunnettujen sekvenssien kanssa. Tällainen geenien mosaiikkikoostumus osoittaa, että nämä virofagit osallistuvat horisontaaliseen geeninsiirtoon [5] .

Maviruksesta tuli toinen tunnettu virofagi. Sen kapsidilla on pallomainen muoto ja sen halkaisija on 60 nm. Se eristettiin vuonna 2010 rannikkovesistä Texasissa, Yhdysvalloissa. Kuten jo todettiin, se loistaa CroV- viruksen , joka tartuttaa meren siimaeläintä Cafeteria roenbergensis . Maviruksen genomi on 19 063 bp pyöreä kaksijuosteinen DNA, joka sisältää 20 ORF:ää. Kuten Sputnikovissa, tämän virofagin genomille on ominaista alhainen GC-koostumus. 10 avointa lukukehystä osoittavat homologiaa retrovirusten , bakteerien , eukaryoottien ja virusten geenien kanssa, joiden genomia edustaa kaksijuosteinen DNA. Erityisesti 4 homologista ORF:ää löydettiin Sputnikin genomista; ne koodaavat kapsidiproteiinia, oletettua kysteiiniproteaasia , oletettua GIY-YIG- endonukleaasia ja oletettua DNA:ta pakkaavaa ATPaasia [5] .

Virofagi Zamilon eristettiin vuonna 2013 Tunisiasta peräisin olevasta maanäytteestä yhdessä ryhmään C kuuluvan Mont1-mimiviruksen kanssa. Virioni on pallomainen, sen halkaisija on 50–60 nm. Zamilonin genomi on pyöreä DNA-molekyyli, jonka pituus on 17 276 bp. alhaisella GC-koostumuksella, sisältää 20 ORF:ää, joiden pituus on 222 - 2337 bp. Se eroaa merkittävästi Sputnikin genomista: niissä on 76 % nukleotideista identtisiä ja peittää Sputnikin genomin 75 %. Kuitenkin 17 Zamilonin ORF:ää on homologisia Sputnik-geeneille, kaksi ORF:ää on homologisia Megavirus chiliensis -geeneille ja yksi ORF on homologinen Moumouvirus monven kanssa [5] . Vuonna 2016 ehdotetun virofagien luokituksen mukaan Zamilon ja Sputnik muunnelmineen yhdistetään yhdeksi suvuksi Sputnikvirus (jossa ne edustavat vastaavasti lajia Mimivirus-riippuvainen virus Zamilon ja Mimivirus-riippuvainen virus Sputnik ), ja mavirus eristetään erilliseen sukuun. suvun Mavirus (laji Cafeteriavirus-dependent mavirus ) [6] .

Ensimmäinen metagenomiikkaa käyttämällä löydetty virofagi oli Organic Lake (OVL) virofagi. Se löydettiin vuonna 2011 vesinäytteestä Organic Lakesta  , hypersuolaisesta meromiktisesta järvestä ( Ingrid Christensen Coast , East Antarktis ). Tämän virofagin pallomaiset hiukkaset, joiden halkaisija oli 50 nm, havaittiin transmissioelektronimikroskoopilla . OLV-genomi on pyöreä kaksijuosteinen DNA-molekyyli, joka sisältää 26 421 emäsparia. ja jonka GC-koostumus on 36,5 %. OLV-genomissa oletetaan olevan 24 proteiinia, joista kuusi on homologisia Sputnik-proteiinien kanssa. Näitä ovat kapsidiproteiini, DNA:ta pakkaava ATPaasi, oletettu DNA - polymeraasi / primaasi ja kolme proteiinia, joilla on tuntematon toiminta [5] .

Vuosina 2012–2014 Yellowstone Laken vesien metagenomisen analyysin aikana saatiin seitsemän virofagin täydelliset genomisekvenssit, joita kutsuttiin Yellowstone Lake virofageiksi (YSLV, mahdollinen venäläinen nimi on Yellowstone Lake virofages). Niiden genomit ovat 22-29 tuhatta emäsparia; erityisesti virofagin YSLV1 genomin pituus on 27849 bp. 26 ORF:llä YSLV2:lla on 23 184 bp. 21 ORF:llä YSLV3:lla on 27 050 bp. 23 ORF:llä YSLV4:ssä on 28306 bp. c 34 ORF [5] [13] . GC-koostumus on 33,4 % YSLV1:lle, 33,6 % YSLV2:lle, 34,9 % YSLV3:lle ja 37,2 % YSLV4:lle. Vuonna 2013 tehdyn alustavan kladistisen analyysin tulosten mukaan tuolloin tunnetut 4 YSLV-virofagia muodostivat yhden kladin  - sisarryhmän Sputnikille ja ALM-virofagi sisällytettiin yhdessä maviruksen kanssa toiseen kladiin [13] . Vuonna 2014 löydettiin vielä kolme virofagia YSLV-ryhmästä; tämä on YSLV5, jonka genomin pituus on 29 767 bp. ja 32 ORF:ää, YSLV6 (24 837 bp ja 29 ORF) ja YSLV7 (23 193 bp ja 26 ORF). Virofagissa YSLV5 GC-koostumus on 51,1 % (joka on paljon korkeampi kuin muissa ryhmän virofageissa), YSLV6:ssa se on 26,8 %, YSLV7:ssä 27,3 % [14] .

Phaeocystis globosa -virukseen (PgV) loistavan virofagin genomi löydettiin vuonna 2013 Alankomaiden rannikkovesien metagenomisessa analyysissä PgV-genomin PgV-16T-ketjun kokoamisen aikana. Tämän virofagin ( Phaeocystis globosa-virukseen liittyvä virofagi , PgVV) genomissa on ennustettu 16 ORF:ää, joista useimmat eivät ole homologisia minkään tunnetun sekvenssin kanssa. Kolme endonukleaasia, oletettua DNA-polymeraasia ja primaasia koodaavaa ORF:ää ovat homologisia mavirusgeenien kanssa, ja yksi ORF on homologinen OLV-geenin kanssa. On mahdollista, että tämä virofagi on menettänyt rakenteellisia geenejä, koska vain isäntäviruksen (PgV) viruspartikkeleita löytyy Phaeocystis globosa -haptofyyttilevän infektoituneista soluista . On ehdotettu, että PgVV-virofagi esiintyy lineaarisena plasmidina tai provirofagina integroituneena isäntäviruksen genomiin [5] [6] .

Vuonna 2013 julkaistiin lähes täydellinen virofagin genomisekvenssi, nimeltään Ace Lake Mavirus (ALM) .  Se saatiin vesinäytteestä Ace Lakesta Etelämantereelta. Tämän virofagin genomin pituus on 17 767 bp, sen GC-koostumus on alhainen (26,7 %) ja se sisältää 22 ORF:ää, joista 14:llä on homologeja maviruksen ORF:ien joukossa [5] .

Vuonna 2015 julkaistiin tietoa Zamilonin kaltaisen virofagin genomin esiintymisestä tuulettamattomassa bioreaktorissa . Uuden virofagin nimeksi tuli Zamilon 2. Samana vuonna ilmestyi tietoa virofagien kaltaisten nukleotidisekvenssien esiintymisestä eläinten, myös ihmisten, ruoansulatuskanavassa [5] .

Samana vuonna havaittiin, että klorarakniofyyttilevän Bigelowiella natans ydingenomi sisältää aktiivisesti transkriptoituja inserttejä, jotka vastaavat virofagigenomeja. Lisäksi tämän levin genomi sisältää sekvenssejä, jotka ovat peräisin Megavirales -lahkon viruksista , sekä toistuvia elementtejä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin transpovironit. On mahdollista, että tämä levä hankki virofagin inserttejä molekyyliaseena viruksia vastaan ​​[5] .

Vuonna 2016 löydettiin uusi ryhmä virofaageja analysoitaessa keinotekoisen Dishui-järven vesiä Shanghaissa ( Kiina ). Saatiin Dishui- järven virofagin (DSLV1) täydellinen genominen sekvenssi . Sen genomi on pyöreä kaksijuosteinen DNA, jonka pituus on 28 788 bp. GC-koostumus 43,2 % ja 28 ORF. Samoista näytteistä tunnistettiin OLV:hen liittyvien virofagien ja YSLV-ryhmän virofagien sekvenssejä [15] . Samana vuonna uusi virofagi kuvattiin tutkittaessa Kiinan Qinghain maakunnassa sijaitsevan Kukunor -vuoristojärven planktonista mikrobiyhteisöä . Se nimettiin Qinghai-järven virofagiksi (QLV, mahdollinen venäläinen nimi on Qinghai-järven virofagi). QLV-genomi on 23 379 emäsparia pitkä, sen GC-koostumus on 33,2 % ja se sisältää 25 ORF:ää, joista 7–11 ORF:ää on homologisia YSLV-ryhmän OLV-geenien ja virofagien kanssa, kun taas loput ovat QLV-spesifisiä. Samoista näytteistä havaittiin sekvenssejä, jotka olivat lähellä fykodnavirusten ( Phycodnaviridae ) [16] sekvenssejä , jotka ilmeisesti ovat tämän virofagin isäntiä [17] .

Vuonna 2017 tehtiin Välimeren vesinäytteistä vuonna 2015 löydetyn virofagin Med-OCT2015-2000m genomisen sekvenssin metagenominen kokoonpano ( ensimmäinen syvänmeren vesistä löydetty virofagi). Sen genomin pituus oli 30 521 bp. 35 ORF:llä. Rakennetussa fylogeneettisessä puussa tämä virofagi muodosti kladin YSLV5-virofagin kanssa, vaikka molemmat virofagit eroavat suuresti GC-koostumuksesta (27,7 % ja 51,1 %) [18] .

Samaan aikaan saatiin täydelliset (tai melkein täydelliset) genomiset sekvenssit 17 uudesta virofaagista Wisconsinin järvistä , USA:sta: 9 Mendota Lakesta ja 8 Trout Bog Lakesta . Oletetaan, että näiden virofagien täydellisen genomin pituus on 13,8 - 25,8 tuhatta emäsparia ja ne sisältävät 13 - 25 ORF:ää. Tuloksena saadut genomiset sekvenssit ovat melko erilaisia: rekonstruoidussa fylogeneettisessä puussa Trout Bog Laken virofagit muodostavat 3 klusteria (yhdessä Sputnikviruksen ja virofagien YSLV7 ja YSLV5 kanssa, vastaavasti), kun taas useimmat Mendota-järven virofagit kuuluvat virofagien OLV edustamaan ryhmään. QLV , DSLV1 ja suurin osa YSLV-ryhmän virofageista, vaikka yksi niistä osoittautuu Sputnikviruksen sisarryhmäksi ja toinen on Mavirus- ja ALM-kladin sisarryhmä [ 11 ] .

Suuri määrä sekvenssejä, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin virofagikapsidiproteiinia koodaavien geenien sekvenssit, tunnistettiin järvien (mukaan lukien Etelämantereen järvet), jokien ja pienten makean veden lampien mikrobiyhteisöjen metagenomisen analyysin aikana. Niitä löydettiin myös aktiivilietteen, makean veden pohjasedimenttien, eri eläinten ruoansulatuskanavan, meri- ja jätevesien metagenomisessa analyysissä. Nämä tiedot todistavat virofagien äärimmäisestä esiintyvyydestä ja suuresta monimuotoisuudesta [5] .

On olemassa näkemys , jonka mukaan virofageja olisi pidettävä osana satelliittiviruksia . Pääargumentti tämän hypoteesin puolesta on se tosiasia, että tällä hetkellä eristetyt virofagit eivät voi lisääntyä soluissa isäntäviruksen puuttuessa. Toisaalta virofagit ovat paljon monimutkaisempia kuin satelliittivirukset, jotka ovat itse asiassa subviraalisia tekijöitä [4] . Tunnetut virofagit on allokoitu itsenäiseen Lavidaviridae - heimoon (Lavida: LArge Virus-Dependent or Associated virus) [5] [6] .

Elinkaari

Todennäköisesti kaikki virofagit elävät jättiläisten virusten virustehtaissa, joissa ne transkriptoidaan ja replikoidaan. Tapa, jolla virofagit saapuvat isäntäsoluun, ovat tuntemattomia useimmissa tapauksissa [10] . Elinkaaria ja vaikutusta isäntävirukseen on tutkittu yksityiskohtaisesti vain yhdessä virofagissa, Sputnikissa. Virofagit eivät itsessään voi aiheuttaa infektiota ameboissa , ja ne edellyttävät ehdottomasti isäntävirustehtaan lisääntymistä. Kaikki tällä hetkellä tunnetut virofagit loistavat jättimäisiä viruksia [5] .

Oletetaan, että Sputnik-virionit ovat liian pieniä, jotta ameba voisi fagosytoida niitä , joten tarvitaan toinen mekanismi virofagin pääsyyn soluun. Vähän ennen ameebaan tunkeutumista Sputnik kiinnittyy mamaviruksen pinnalla oleviin fibrilleihin käyttämällä R135-proteiinia, ja ameba fagosytoosi syntyneen kompleksin. Kuten odotettiin, fibrillittömät mimiviruslajikkeet ovat resistenttejä Sputnikille [5] .

1-2 tuntia tartunnan jälkeen ameeban sytoplasmassa voidaan havaita endosyyttisiä vakuoleja . Sitten 2-4 tunnin kuluessa tapahtuu virusgenomien replikaatio ja virusproteiinien synteesi. Sputnik- ja Mimivirus-replikaatio tapahtuu hyvin erottuvilla sytoplasman tiheillä vyöhykkeillä kuin ytimessä - virustehtaissa. Tässä vaiheessa on vielä mahdotonta nähdä tai eristää virofagipartikkeleita [5] .

Virofagin virionien muodostuminen alkaa yhdestä virustehtaan napasta ennen Mimivirus-virionien muodostumista. Harvinaisissa tapauksissa on mahdollista havaita virustehtaita infektoituneissa soluissa, jotka tuottavat vain virofagipartikkeleita ja vain mimiviruspartikkeleita. 16 tuntia tartunnan jälkeen ameba on täysin täynnä Sputnik- ja Mimivirus-hiukkasia; virionit voivat sijaita vapaasti sytoplasmassa tai kerääntyä ameebavakuoleihin. Päivä tartunnan jälkeen yli kaksi kolmasosaa tartunnan saaneista ameboista hajoaa , jolloin vapautuu uusia syntetisoituja virofagin ja mimiviruksen partikkeleita [5] .

Toisin kuin Sputnik, joka voi loistaa monenlaisia ​​mimiviruksia, vuonna 2014 kuvattu Zamilon-virofagi voi lisääntyä vain B- ja C-ryhmän mimivirusten (joille on ominaista Moumouvirus ja Megavirus chiliensis ): ryhmän A mimivirukset (joihin kuuluvat Mimivirus ) läsnä ollessa. ja Mamavirus ) ovat sille vastustuskykyisiä. Erityisesti virofagimavirus [3] ( Mavirus ) lisääntyy meren Cafeteria roenbergensis [ -siimaeläinten sisällä vain jättiläismäisen Cafeteria roenbergensis -viruksen (CroV) läsnä ollessa, joka kuuluu Mimiviridae -heimoon. Toisin kuin Sputnik, maviruksen endosytoosi tapahtuu CroV-endosytoosista riippumatta (todennäköisesti klatriinivälitteisen endosytoosin kautta) [5] [12] .

Vuorovaikutus isäntäviruksen ja solun kanssa

Osoitettiin, että virofagin samilonin replikaatio parani merkittävästi kolmen Mimivirus-geenin hiljentämisen jälkeen: R349 ( ubikvitiiniligaasi , jolla on HECT- domeeni ), R350 ( ATP :tä sitova proteiini, jolla on helikaasiaktiivisuutta) ja R354 ( DNA:ta sitova proteiini , jolla on nukleaasiaktiivisuutta ). Normaaleissa olosuhteissa Zamilon ei voi käyttää Mimivirus-virustehtaita lisääntymiseen, mikä johtuu luultavasti MIMIVIRE-nimellä tunnetun Mimivirus-puolustusjärjestelmän aktiivisuudesta (katso alla . On havaittu, että virofagimaviruksen genomi voi integroitua isännän genomiin CroV :n aiheuttama infektio aktivoi maviruksen, ja solujen hajoamisen jälkeen sekä CroV-virionit että mavirusvirionit tulevat ulos [ 10] .

Vuonna 2017 suoritettiin useiden virofagien proteomien analyysi, jossa etsittiin virofagiproteiineista tunnetuilla toiminnoilla varustettuja motiiveja . Kahden virofagin proteomien proteiinikoostumuksen samankaltaisuus arvioitiin käyttämällä Spearman-korrelaatiokerrointa . Esimerkiksi kävi ilmi, että YLV5- ja DSLV-virofagien proteomit ovat toiminnallisesti eniten samankaltaisia, joten nämä virofagit todennäköisesti laukaisevat samat signalointikaskadit isäntäsolussa. On myös todennäköistä, että virofagit OLV ja YLV6 sekä zamilon ja QLV aiheuttavat samanlaisen soluvasteen. Vahvimmat toiminnalliset arvot havaittiin Sputnik 2:n ja Sputnik 3:n proteomien välillä. Eri virofagien genomeissa oletetaan samankaltaisten sekvenssien olevan peräisin yhteisestä esi-isästä tai läheisesti sukulaisten isäntien genomeista (johtuen horisontaalisesta geeninsiirrosta ) [10] .

Toiminnallisten motiivien etsintä osoitti, että noin 70 %:lla samilonin virofagiproteiineista on SUMO - sitoutumismotiivi, kun taas noin 38 %:lla Sputnik-proteiineista tämä motiivi. Koska SUMO-proteiinin kovalenttinen kiinnittyminen on yksi yleisimmistä translaation jälkeisistä modifikaatioista , oletetaan, että translaation jälkeisillä modifikaatioilla on keskeinen rooli samilonin replikaatiossa. On todennäköistä, että translaation jälkeisillä modifikaatioilla sekä mimiviruskapsidin fibrilleillä on keskeinen rooli Sputnikin lisääntymisen estämisessä. Jos fibrilliproteiineja koodaavat geenit hävitetään, virofagin aktiivinen lisääntyminen alkaa. Lisäksi ITAM (  Immunoreceptor tyrosine-based activation motifs ) -motiiveja löydettiin Sputnik- ja Mavirus-proteiineista, mutta niitä ei löytynyt  zamilon- , PgVV- ja QLV-proteiineista. ITAM-motiivit ovat läsnä useiden virusten proteiineissa, ja ne liittyvät immuunivasteen välttämiseen, apoptoosin suppressioon ja joidenkin solujen pahanlaatuiseen transformaatioon. Mikään PgVV-proteiineista ei sisällä tuman lokalisaatiosignaalia ( NLS ), kun taas samilon NLS:ssä on vain yksi proteiini. Mahdollisesti virofagit käyttävät vaihtoehtoisia reittejä päästäkseen tumaan , ja PgVV todennäköisesti replikoituu vain sytoplasmisessa virustehtaassa [10] .  

Alkuperä

Virofagit muistuttavat selvästi tiettyä liikkuvien elementtien ryhmää - polyntoneja . Polyntonit ovat epätavallinen ryhmä transponoitavia elementtejä, koska ne voivat monistua omalla polymeraasillaan ja integraasillaan (tästä nimi: POLymerase-INTegrase-ON). Polyntoneja ja virofageja edustaa DNA, niillä on samankokoinen ja useita yhteistä alkuperää olevia geenejä: suuri ja pieni kapsidiproteiini, ATPaasi, jota käytetään DNA:n pakkaamiseen kapsidiin, sekä virionien kypsymiseen osallistuva proteaasi. Virofagien ja polyntonien kapsidiproteiinit ovat kuitenkin merkittävästi erilaisia. Osa polyntonien ja virofagien välisistä yhtäläisyyksistä voidaan selittää horisontaalisella geeninsiirrolla ja konvergentilla evoluutiolla , mutta fylogeneettisten ja genomitutkimusten tiedot osoittavat vakuuttavasti niiden alkuperän yhteisyyden [19] .

Kysymys siitä, mikä oli polyntonien ja virofagien yhteinen esi-isä - oliko se nykyaikaisten polyntonien kaltainen liikkuva elementti vai virus - ei ole lopullisesti ratkaistu. Yhden hypoteesin mukaan virofagit ovat "paonneiden" polyntonien jälkeläisiä. Tätä hypoteesia vastaan ​​on se tosiasia, että jättiläiset virukset ovat välttämättömiä virofagien lisääntymiselle, mutta eivät polyntonien lisääntymiselle, ja on epätodennäköistä, että virofagit olisivat hankkineet tämän ominaisuuden tyhjästä. On syytä huomata, että virofagi Mavirus jakaa seitsemän geeniä polyntonien kanssa ja vain kolme muiden virofagien kanssa, ja siksi se on lähempänä polyntoneja kuin muita virofageja. Tämä tosiasia puhuu sen tosiasian puolesta, että viruksista kulki geenivirta liikkuviin elementteihin, ja juuri virus oli virofagien ja polyntonien yhteinen esi-isä. Tunnetaan useita esimerkkejä virofagien integroitumisesta isäntävirusten ja infektoituneiden solujen genomiin, joten on mahdollista, että polyntonit ovat peräisin virofageista, jotka ovat integroituneet solugenomiin. Oletetaan, että on olemassa hypoteettinen virusryhmä - polyntovirus, joka synnytti polyntonien ja virofagien lisäksi myös suuria ydinsytoplasmista DNA:ta sisältäviä viruksia , Bidnaviridae ja adenoviruksia . Polyntovirukset puolestaan ​​voivat olla peräisin Tectiviridae -heimon viruksista  - bakteriofageista , jotka infektoivat gram-negatiivisia bakteereja , jotka saapuivat eukaryoottisoluihin mitokondrioiden hankinnan yhteydessä . Tektivirukset hankkivat kysteiiniproteaasia ja integraasia jo olemassa olevista transposoneista ja niistä tuli polyntoviruksia, kun taas polyntovirukset, jotka menettivät kyvyn muodostaa kapsideja, synnyttivät polyntoneja. Polyntoviruksia ei kuitenkaan ole vielä havaittu [19] . On syytä huomata, että polyntonien laajempi levinneisyys luonnossa (niitä löytyy useista eukaryoottiryhmistä , kun taas virofageja löytyy vain protistisoluista), niiden suurempi geneettinen monimuotoisuus ja pitkäaikainen yhteisevoluutio eukaryoottien kanssa viittaa siihen, että virofagit ovat saattaneet kehittyä polyntonit, mutta ei päinvastoin [20] . Näin ollen kysymys virofagien alkuperästä on edelleen ratkaisematta.

Virofagien suhdetta muihin liikkuviin elementteihin voidaan havainnollistaa DNA-polymeraasisekvenssien perusteella rakennetulla kladogrammilla [21] .

Phylogeny

Uusien virofagien löytö mahdollisti vuonna 2016 uuden tutkimuksen virofagien fysiologiasta, joka tarkensi vuoden 2013 analyysin tuloksia. Tämän tutkimuksen mukaan Sputnikvirus-suvun monofylia on vahvistettu , ja yleisesti ottaen fylogeneettiset suhteet tutkittujen Lavidaviridae-suvun edustajien välillä voidaan esittää seuraavalla kladogrammilla [5] :

MIMIVIRE

Vuonna 2016 ilmestyi raportti A-ryhmän mimiviruksista mekanismin löytämisestä, joka on vastuussa virofagi-samilonin vastustuskyvystä. Tämän mekanismin avainelementti on MIMIVIRE (MIMIVIRE) -geenijärjestelmä, joka sisältää useita inserttejä, jotka vastaavat sekvenssejä samilonin genomista. On ehdotettu, että MIMIVIRE-pohjainen järjestelmä toimii samalla tavalla kuin CRISPR /Cas-järjestelmät, jotka tarjoavat suojan bakteereissa ja arkeissa viruksia vastaan: RNA :t syntetisoidaan Mimivirus-genomin inserteistä , jotka sitoutuvat komplementaarisesti virofagigenomeihin, mikä johtaa niiden tuhoutumiseen. [22] . Tätä päätelmää tukevat tiedot MIMIVIRE:n poistamiseksi käytöstä kokeista. Tässä hypoteesissa on kuitenkin useita ongelmia. Ei ole esimerkiksi selvää, kuinka MIMIVIRE-järjestelmä erottaa insertit virofagin genomista mimivirusgenomiin samoista virofagin genomin sekvensseistä ja välttää itse mimiviruksen genomin tuhoutumisen. MIMIVIRE-toiminnalle on ehdotettu vaihtoehtoista mekanismia, joka ei perustu nukleiinihappojen komplementaarisiin vuorovaikutuksiin, vaan proteiini-proteiini-vuorovaikutuksiin [23] .

Virofagit ja adaptiivinen immuniteetti

Tunnetaan useita tapauksia, joissa virofagit ovat integroituneet jättiläisviruksen tai protistin isäntäsolujen genomiin. Esimerkiksi Sputnik 2 -genomi voidaan integroida Mimiviruksen genomiin. Kuten edellä mainittiin, klorarakniofyyttilevän Bigelowiella natans genomissa on useita virofageista peräisin olevia inserttejä . Kun meren siimaeläin Cafeteria roenbergensis infektoi samanaikaisesti CroV-viruksen ja virofagin, mavirus liittää virofagin genomin protistien genomiin noin 30 %:ssa tartunnan saaneista soluista . Jos solut, jotka selvisivät infektiosta insertoidulla mavirusgenomilla, altistuvat uudelleen CroV-infektiolle, virofagin lisääntyminen ja sen geenien ilmentyminen indusoituvat, erityisesti johtuen mavirusinsertien transkription aktivoinnista koodaaman transkriptiotekijän toimesta . CroV. Lopulta virofagipartikkelien muodostuminen tapahtuu, mutta kummallista kyllä, virofagin lisääntyminen ei vaikuta merkittävästi CroV:n lisääntymiseen. Lopulta solu kuitenkin kuolee, mikä estää CroV:n lisääntymisen edelleen siinä. Mavirusvälitteinen puolustusmekanismi CroV-infektiota vastaan ​​voidaan tulkita adaptiivisen immuniteetin muodoksi , jossa muisti aiemmista infektioista säilyy inserttien muodossa solun genomissa. Tämä ajatus muistuttaa bakteerien ja arkkien adaptiivisen immuniteetin, CRISPR/Cas-järjestelmän, toimintaperiaatetta [21] .

Ekologia

Ensimmäisten virofagien löytämisen jälkeen kuluneiden vuosien aikana tämän ryhmän viruksia on havaittu metagenomiikan avulla eri elinympäristöistä syvästä vedestä maahan ja eri puolilla maapalloa. Virofageja löytyy makeasta vedestä ja pohjasedimentistä useammin kuin syvänmeren vesinäytteistä. Lisäksi virofageja on löydetty maaperästä, jäästä ja ilmasta. Virofagit ovat aktiivisesti vuorovaikutuksessa muiden mikro-organismien kanssa ja voivat jopa vaikuttaa niiden kasvuun; esimerkiksi Sputnik voi hallita ameebapopulaatioiden lisäksi myös bakteerikasvua säätelemällä isäntävirustensa virulenssia . Virofageilla voi olla merkittävä vaikutus moniin ekosysteemeihin vaikuttamalla jättiläisten virusten ja niiden eukaryoottisten isäntien populaatiodynamiikkaan [ 5] .

Virofagien yhteys ihmisiin ei ole vielä täysin selvä. Jättiläisiä viruksia on löydetty ihmisen uloste- ja keuhkokudosnäytteistä ; lisäksi jättiläisvirukset voivat infektoida ihmisen ruoansulatuskanavassa asuvia ameeboja, ja virofageja vastaavia sekvenssejä on todellakin tunnistettu ulostenäytteistä. Lisäksi virofagi Sputnik 2 eristettiin piilolinssinesteestä. Sputnik-virofagin vasta -aineita löydettiin kahdesta kuumeisesta potilaasta, ja yksi heistä serokonvertoitui . Virofagien mahdollisesta patogeenisyydestä ihmisille ei ole tietoa [5] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Virusten taksonomia  Kansainvälisen virustaksonomian komitean (ICTV) verkkosivustolla .
  2. ↑ Elements.ru: Virukset kärsivät myös virustaudeista (A. Markov) . Haettu 15. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 28. tammikuuta 2018.
  3. ↑ 1 2 Tiede ja elämä: Virus Wars . Haettu 15. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 16. tammikuuta 2018.
  4. ↑ 1 2 Flint et ai., 2015 , s. 370.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Bekliz M. , Colson P. , La Scola B.   Viruses / Virophages - 2016. - Vol. 8, ei. 11. - doi : 10.3390/v8110317 . — PMID 27886075 .
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Krupovic M. , Kuhn JH , Fischer MG  Virofagien ja satelliittivirusten luokitusjärjestelmä  // Virologian arkisto. - 2016. - Vol. 161, nro. 1. - s. 233-247. - doi : 10.1007/s00705-015-2622-9 . — PMID 26446887 .
  7. ↑ Uusi perhe ja kaksi uutta sukua virofagien luokitteluun  : [ fin. ] // ICTV. — Annettu koodi: 2015.001a-kF. - 2015. - 14 s.
  8. ↑ Gazeta.ru: jättiläinen virus on sairas Sputnik . Käyttöpäivä: 18. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 18. tammikuuta 2018.
  9. ↑ Abergel C. , Legendre M. , Claverie JM  . Nopeasti laajentuva jättiläisvirusten universumi: Mimivirus , Pandoravirus , Pithovirus ja Mollivirus  // FEMS Microbiology Reviews. - 2015. - Vol. 39, ei. 6. - P. 779-796. - doi : 10.1093/femsre/fuv037 . — PMID 26391910 .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Sobhy H. Virofagit ja niiden vuorovaikutukset jättiläisten virusten ja isäntäsolujen kanssa.  (englanniksi)  // Proteomit. - 2018. - 22. toukokuuta ( nide 6 , nro 2 ). - doi : 10.3390/proteomes6020023 . — PMID 29786634 .
  11. ↑ 1 2 Roux S., Chan L.-K., Egan R., Malmstrom R. R., McMahon K. D., Sullivan M. B.  Ekogenomics of Virophages and their Giant Virus Hosts Assessed through Time Series Metagenomics  // Nature Communications. - 2017. - Vol. 8, ei. 1. - P. 858. - doi : 10.1038/s41467-017-01086-2 . — PMID 29021524 .
  12. ↑ 1 2 Gaia M. , Benamar S. , Boughalmi M. , Pagnier I. , Croce O. , Colson P. , Raoult D. , La Scola B.  Zamilon , uusi virofagi, jolla on Mimiviridae -isäntäspesifisyys  // PLoS One . - 2014. - Vol. 9, ei. 4. - P. e94923. - doi : 10.1371/journal.pone.0094923 . — PMID 24747414 .
  13. ↑ 1 2 Zhou Jinglie, Zhang Weijia, Yan Shuling, Xiao Jinzhou, Zhang Yuanyuan, Li Bailin, Pan Yingjie, Wang Yongjie.  Virofagien monimuotoisuus metagenomisissa tietosarjoissa  // Journal of Virology. - 2013. - Vol. 87, nro. 8. - P. 4225-4236. - doi : 10.1128/JVI.03398-12 . — PMID 23408616 .
  14. ↑ Zhou Jinglie, Sun Dawei, Childers A., McDermott T. R., Wang Yongjie, Liles M. R.  Kolme uutta virofagigenomia löydetty Yellowstone Lake Metagenomesista  // Journal of Virology. - 2015. - Vol. 89, nro. 2. - P. 1278-1285. - doi : 10.1128/JVI.03039-14 . — PMID 25392206 .
  15. ↑ Gong Chaowen, Zhang Weijia, Zhou Xuewen, Wang Hongming, Sun Guowei, Xiao Jinzhou, Pan Yingjie, Yan Shuling, Wang Yongjie.  Uusia virofageja löydetty makean veden järvestä Kiinassa  // Mikrobiologian rajat. - 2016. - Vol. 7. - P. 5. - doi : 10.3389/fmicb.2016.00005 . — PMID 26834726 .
  16. ↑ Makarov V.V.  Giruses. Afrikkalaisen sikaruton viruksen vertaileva taksonomia suurten tuma-sytoplasmisten deoksiribovirusten ryhmässä  // Eläinlääkäri tänään. - 2012. - Nro 1 . - S. 5-8 .
  17. ↑ Oh Seungdae, Yoo Dongwan, Liu Wen-Tso.  Metagenomiikka paljastaa uuden virofagipopulaation tiibetiläisessä vuoristojärvessä  // Mikrobit ja ympäristöt. - 2016. - Vol. 31, ei. 2. - s. 173-177. - doi : 10.1264/jsme2.ME16003 . — PMID 27151658 .
  18. ↑ López-Pérez M., Haro-Moreno J. M., Gonzalez-Serrano R., Parras-Moltó M., Rodriguez-Valera F.  Välimeren metagenomeista talteen otettujen merifaagien genomidiversiteetti: koko on väliä  // PLoS Genetics . - 2017. - Vol. 13, ei. 9. - P. e1007018. - doi : 10.1371/journal.pgen.1007018 . — PMID 28945750 .
  19. ↑ 1 2 Campbell S. , Aswad A. , Katzourakis A.  Virofagien ja polintonien alkuperän erottaminen  // Current Opinion in Virology. - 2017. - Vol. 25. - s. 59-65. - doi : 10.1016/j.coviro.2017.07.011 . — PMID 28802203 .
  20. ↑ Krupovic M., Yutin N., Koonin E. V.  Superfamily 1 -helikaasin ja inaktivoidun DNA-polymeraasin fuusio on polintonien, Polintonin kaltaisten virusten, Tlr1-transposonien ja transpovironien yhteisen evoluutiohistorian allekirjoitus  // Virus Evolution. - 2016. - Vol. 2, ei. 1. -P. vew019. - doi : 10.1093/ve/vew019 . — PMID 28694999 .
  21. ↑ 1 2 Koonin E. V., Krupovic M.  Polintons, Virophages and Transpovirons: a Tangled Web Linking Virus, Transposons and Immunity  // Current Opinion in Virology. - 2017. - Vol. 25. - s. 7-15. - doi : 10.1016/j.coviro.2017.06.008 . — PMID 28672161 .
  22. ↑ Levasseur A. , ​​Bekliz M. , Chabrière E. , Pontarotti P. , La Scola B. , Raoult D.  MIMIVIRE on puolustusjärjestelmä mimiviruksessa, joka antaa vastustuskyvyn virofageille  // Nature. - 2016. - Vol. 531, nro 7593. - s. 249-252. - doi : 10.1038/luonto17146 . — PMID 26934229 .
  23. ↑ Claverie J. M., Abergel C.  CRISPR-Casin kaltainen järjestelmä jättiläisviruksissa: miksi MIMIVIRE ei todennäköisesti ole adaptiivinen immuunijärjestelmä  // Virologica Sinica. - 2016. - Vol. 31, ei. 3. - s. 193-196. - doi : 10.1007/s12250-016-3801-x . — PMID 27315813 .

Kirjallisuus

Linkit

 Subviruspartikkelit _ _