Экосистема, состоящая из одних паразитов

Микробиологи из Франции, исследуя ядро одной паразитической амебы, обнаружили в нем целую паразитическую экосистему, Она состоит из ДНК вирусов, которые используют друг друга в качестве транспортного средства (а основным транспортом для всех них является сама амеба). Это первый пример экосистемы, компоненты которой — только лишь молекулы ДНК.

Фото:

Интересно, что даже в пределах одной клетки могут возникать самые сложные экосистемы из разных живых организмов. Дело в том, что полностью стерильных живых существ нет — даже в бактериях могут жить другие микроорганизмы и вирусы. Не так давно были открыты вирофаги — вирусные частицы, которые живут в других вирусах. Они настолько беспомощны, что не могут заражать клетки самостоятельно — для этого им нужна помощь более развитого "коллеги".

Однако недавнее открытие целой экосистемы в ядре паразитической амебы Acanthamoeba polyphaga просто потрясло ученых. А началось все с банального случая — к парижским врачам обратилась 17-ти летняя девушка с жалобой на боль в глазах. Причина оказалась весьма простой — эта мадемуазель носила контактные линзы с истекшим сроком годности, а дезинфицирующей раствор для них разбавляла водой из-под крана. В результате у нее развилось инфекционное заболевание, вызванное как раз той самой амебой.

Доктора передали всех одноклеточных паразитов сотрудникам французского института INSERM. Те, изучив ДНК амеб, обнаружили, что внутри их цитоплазмы обитали два вида бактерий. Самое интересное, что они не были паразитами — амеба питалась производимыми ими сахарами. Но это еще не все — в наследственном веществе амеб был найден гигантский вирус, которого ученые назвали Lentille. Само собой, он находился в ядре в виде встроенной цепочки ДНК (иначе вирусы в амебах и не хранятся). Исследовав эту цепочку, микробиологи поняли, что Lentille относится к открытой не так давно группе мимивирусов.

Напомню, что мимивирусы, паразитирующие в амебах и одноклеточных водорослях, являются гигантами среди своих сородичей. Их ДНК насчитывает около двух миллионов пар оснований (обычно у вирусов счет идет на десятки тысяч). Интересно, что в их геноме находится много "избыточных" генов, которые не являются необходимыми для размножения вируса. Считается, что подобные цепочки представляют собой своего рода "реликты", оставшиеся от периода "самостоятельности" вируса (полагают, что предками вирусов были паразитические бактерии, которые потом сильно деградировали до фактически белкового мешка, хранящего и распространяющего нуклеиновую кислоту).

Тем не менее, исходя из опыта открытия предыдущих мимивирусов, около гиганта должен быть обязательный "карлик" — то есть вирофаг. Эти чрезвычайно деградировавшие и маломощные вирусы всегда "цепляются" к своим более сильным собратьям, которые помогают им размножаться (понятно, что слово "помогают" здесь фигуральное — вирофаг просто вынуждает их делать это). И предчувствие не обмануло ученых — в ДНК Lentille действительно располагалась нуклеиновая цепочка вирофага, которого исследователи назвали Sputnik 2.

Следует заметить, что этот "нахлебник" действительно хорошо устроился. При расшифровке его жизненного цикла выяснилось, что Sputnik 2 от остальных "коллег" заключается в том, что он способен встраиваться в геном хозяина, то есть гигантского вируса Lentille. Это отличает его от других вирофагов, которые все же располагают свое наследственное вещество не в ДНК хозяина, а рядом с ней. Подобная локализация дает Sputnik 2 большое преимущество — попав в геном вируса Lentille, он переезжает из амебы в амебу вместе с ним, и, таким образом, попав в новую клетку, Sputnik 2 не нужно ждать, когда её заразит еще и хозяин (все прочие вирофаги вынуждены поступать именно так).

Получается, что с одной стороны, Sputnik 2 имеет определенную свободу действий, распространяясь независимо, а с другой — всегда может продолжить свой род, путешествуя вместе с большим вирусом. Однако, продолжив исследования, ученые обнаружили, что в ядрах данной амебы вовсе не он один такой хитрый и изворотливый. Дело в том, что геном вирофага сам содержал в себе… очередного паразита! Расшифровывая его, микробиологи натолкнулись на последовательность из шести генов, которая не принадлежала ни амёбе, ни вирусу Lentille. Дальнейшее изучение показало также, что белки, кодируемые этими генами, не несли никакой пользы (впрочем, и вреда тоже) самому Sputnik 2.

Впрочем, по многим признакам загадочная последовательность генов напоминала мобильные элементы генома, известные как транспозоны. Напомню, что транспозоны обладают удивительным свойством перемещаться из одного участка ДНК в другой. Это достигается за счет работы кодируемого ими ферманта транспозазы — она может вырезать транспозон из молекулы нуклеиновой кислоты, а потом "вшивать" его в новый участок. Очень часто транспозоны путешествуют из клетки в клетку, используя вирусы как транспортное средство — перед началом "марш-броска" они встраиваются в вирусную ДНК, а по прибытии на место перескакивают с нее в клеточный геном.

Такие транспозоны обычно называют трансповирионами, то есть вирусными транспозонами. Ксатати, иногда попав в клетку в составе вирусного генома, этот трансповирон становится самостоятельной кольцевой молекулой ДНК, после чего он начинает размножаться и заражать любые вирусы, которые есть вокруг. Интересно, что микробиологи в данной ситуации как раз столкнулись с подобным случаем — при тщательном рассмотрении выяснилось, что обнаруженный в амебе вирусный транспозон оставил свои следы не только в вирофаге, но и в его хозяине, вирусе Lentille.

В итоге получилась интересная картина — амеба, паразитирующая в человеческих глазах, то есть, если судить с экологической точки зрения, являющаяся частью экосистемы под названием "организм человека", сама является целой экосистемой. Причем, если оставить в стороне цитоплазматических бактерий, то, что находится в ее геноме, следует назвать ДНК-экосистемой. Исследователи даже предложили для ее обозначения комплексный термин — "мобилом", который описывает весь комплекс "гостей", живущих в ДНК гигантского вируса и при этом обладают значительной самостоятельностью.

Подобные открытия невольно заставляют задуматься о том, сколько же невидимых и не идентифицируемых паразитов может занести в наш организм любой пришелец! В том же самом обычном вирусе гриппа вполне свободно разместятся десятки транспозонов и вирофагов (поскольку у гриппа не одна молекула ДНК, а несколько). И даже после того, как мы успешно справимся с инфекцией, все эти гости останутся в ядрах наших клеток. При этом нет никакой гарантии, что все они будут вести себя тихо и не вредить нам.

Но, в то же время, данное открытие весьма ценно и для теоретических изысканий — оно, например, подтверждает гипотезу академика В. И. Вернадского, который считал, что даже на самых ранних стадиях развития (то есть еще на доклеточном) жизнь уже образовывала экосистемы. Но до сих пор найти такую молекулярную экосистему и расшифровать все взаимоотношения ее компонентов не удавалось. Открытие же французских микробиологов наконец-то дало фактический материал, подтверждающий предположение нашего великого соотечественника…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"