Virofagi

Virofagi

Capsid virofag Sputnik
clasificare stiintifica
Grup:Viruși [1]Tărâm:VaridnaviriaRegatul:BamfordviraeTip de:PreplasmiviricotaClasă:MaveriviricetesOrdin:PriklausoviralesFamilie:Virofagi
Denumire științifică internațională
Lavidaviridae
Grupul Baltimore
I: virusuri dsDNA

Virofagii [2] [3] ( ing.  Virophages , lat.  Lavidaviridae ) sunt un grup de virusuri care se pot multiplica în celule numai în prezența unui alt virus (virus gazdă), dar au genomi și virioni mai complexe decât alți virusuri satelit [ 4] . Virofagele au capside icosaedrice , genomul lor fiind reprezentat de molecule de ADN dublu catenar . Primii reprezentanți ai acestui grup de viruși au fost descriși în 2008, iar până la sfârșitul anului 2016 erau cunoscuți 18 genomi virofagi, dintre care doi au fost secvențializați aproape complet . Virofagii au fost găsiți într-o mare varietate de habitate — în apele adânci ale oceanelor și pe uscat; un virofag a fost izolat din lichidul lentilelor de contact , deci este posibil ca virofagele să interacționeze și cu corpul uman [5] .

Se propune ca virofagii să fie clasificați în familia Lavidaviridae , ale căror relații filogenetice nu au fost încă pe deplin elucidate [5] [6] . Cu toate acestea, din martie 2018, Comitetul Internațional pentru Taxonomia Virușilor a recunoscut oficial doar două genuri și trei specii [7] .

Istoria studiului

La toate virofagele studiate, virusul gazdă aparține familiei Mimiviridae (cu toate acestea, într-un număr de virofage izolate, virusul gazdă este necunoscut), astfel încât istoria studiului virofagelor este strâns legată de istoria studiului a acestei familii de virusuri gigantice [6] . Până în 2008, în această familie era cunoscut un singur reprezentant - mimivirusul Acanthamoeba polyphaga mimivirus care infectează amoeba Acanthamoeba polyphaga . În 2008, a fost descris un alt membru al familiei Mimiviridae , reproducându-se în amiba Acanthamoeba castellanii și numit mamavirus [8] . În același timp, în citoplasma amibelor infectate cu mamavirus, folosind microscopia electronică , a fost posibilă identificarea virionilor mici cu un diametru de aproximativ 50 nm (genomul lor era format din 18.343 de perechi de baze care codifică 21 de proteine ). Au fost găsite în fabricile de virusuri ale mamavirusului, pentru care noul virus a fost numit Sputnik [ 5 ] [ 9 ] . 

La amibe infectate cu mamavirus și Sputnik în același timp, virionii mamavirus rezultat au avut o morfologie neregulată și doar 30% dintre ei au putut provoca infecție în alte celule. Deoarece Sputnik a folosit fabricile de virusuri ale mamavirusului pentru reproducerea sa, reducând eficiența reproducerii acestuia din urmă, a fost izolat într-un nou grup de viruși, numit virofage . De atunci, mai multe virofage au fost descrise (în principal pe baza datelor metagenomice ). A fost posibil să se izoleze șase virofage dintr-o varietate de surse - cum ar fi apa, pământul și chiar lichidul pentru spălarea lentilelor de contact - obținute într-o varietate de locuri: în Franța , SUA ( Texas ), Brazilia și Tunisia . Un număr și mai mare de virofage sunt cunoscute doar din datele genomice și sunt descrise din rezultatele screening -ului metagenomic a probelor dintr-o varietate de locuri [5] .

Descriere

Toate virofagele izolate sunt virusuri mici cu capside icosaedrice cu diametrul de 35-74 nm. Numai în virofagul Sputnik a fost studiată structura spațială a capsidei (folosind microscopia crioelectronică ). Virionii lui Sputnik au un diametru de 74 nm, iar capsida sa icosaedrică este formată din 260 de capsomere pseudohexamerici și 12 pentameri , care sunt localizați la vârfurile capsidei. Capsomerii pseudohexamerici sunt formați prin trimerizarea monomerilor folosind rola de jeleu . Capsomere pentamerici [ au cavități centrale, care, ca și cele ale bacteriofagelor , pot servi pentru intrarea și ieșirea moleculelor de ADN din capsidă. Sub capside se află un strat dublu lipidic de 4 nm grosime [5] .

Genomii virofagilor sunt reprezentați de molecule de ADN dublu catenar cu dimensiuni cuprinse între 17 și 30 de mii de perechi de baze (bp) și codifică de la 16 la 34 de proteine. Aproximativ 60% din genele fiecărui virofag sunt gene orfane (ORFans ) cu  funcții necunoscute, adică nu au omologie cu niciuna dintre genele cunoscute în prezent. Șase dintre genele virofage cunoscute se găsesc în aproape toate virofagele; tind să joace un rol critic în replicarea lor [10] . Aceste gene includ gene care codifică proteine ​​capside mari și mici, gene ale familiei presupuse FtsK-HerA de ATPaze de ambalare ADN, o genă a cisteinei protează, o genă ADN helicază /primază (S3H) și o genă care codifică o proteină care conține zinc. domeniul panglică (în engleză domeniul zinc-ribbon ). În plus, mai multe virofage au gene conservate care codifică două familii diferite de integraze (tirozin integraza presupusă în Sputnik și integraza rve presupusă în mavirus și AML). Prezența mai multor gene conservate mărturisește în favoarea originii monofiletice a virofagelor [5] .  

Diversitate

Din 2016, baza de date GenBank conținea secvențe genomice complete sau parțiale a 18 virofage [5] . Până la sfârșitul anului 2017, numărul de secvențe complete sau parțiale ale genomului de virofage disponibile cercetătorilor a crescut la 57 [11] .

Descoperirea virofagului Sputnik în 2008 a fost urmată de descrierea altor trei virofage înrudite. Sputnik 2 a fost izolat în 2012 dintr-o spălare a lentilelor de contact în asociere cu Lentillevirus  , un mimivirus din grupa A. S-a dovedit că genomul lentillevirusului conține un genom Sputnik 2 integrat, precum și elemente mobile necunoscute anterior, numite transpovirons . Sputnik 3 a fost detectat prin reacția în lanț a polimerazei (PCR) în 2013 într-o probă de sol. În 2014, a fost descris Sputnik Rio Negro, un virofag care parazitează virusul Samba (mimivirusul grupului C). Capsidul acestui virofag este jumătate din dimensiunea capsidelor altor Companion (diametrul său este de 35 nm față de ~70 nm pentru alte mimivirusuri) [5] [12] .

Genomul tuturor sateliților cunoscuți în prezent sunt reprezentați de molecule circulare de ADN. În virofagul Sputnik, genomul include 18.343 perechi de baze (bp), 18.338 bp. - pentru Sputnik 2 și același lucru pentru Sputnik 3. Genomul Sputnik Rio Negro nu este încă disponibil. Diferențele dintre genomul celor trei Companion sunt mai mici de 10 bp; în toate cele trei virofage, genomul are o compoziție scăzută de GC , ca în mimivirusuri. Acestea conțin 20-21 de cadre de citire deschise ( cadru de lectură deschis în engleză  , ORF ), care codifică proteine ​​cu o lungime de 88 până la 779 de resturi de aminoacizi (a.o.). Pentru patru gene din genomul mimivirusurilor s-au găsit omologi în genomul eucariotelor și bacteriofagelor , pentru trei dintre genele mimivirusurilor și o genă este omoloagă genei virusului arheal ; genele rămase nu prezintă nicio omologie cu secvențele cunoscute. O astfel de compoziție mozaică a genelor indică faptul că aceste virofage sunt implicate în transferul orizontal al genelor [5] .

Mavirusul a devenit al doilea virofag cunoscut. Capsida sa are o formă sferică și atinge 60 nm în diametru. A fost izolat în 2010 de apele de coastă din Texas, SUA. După cum sa menționat deja, parazitează virusul CroV , care infectează flagelatul marin Cafeteria roenbergensis . Genomul mavirusului este un ADN circular dublu catenar de 19.063 bp care conține 20 ORF-uri. Ca și în Sputnikov, genomul acestui virofag este caracterizat printr-o compoziție scăzută de GC. 10 cadre de citire deschise în omologie cu genele retrovirusurilor , bacteriilor , eucariotelor și virușilor, al căror genom este reprezentat de ADN dublu catenar. În special, 4 ORF-uri omoloage au fost găsite în genomul Sputnik; ele codifică o proteină capside, o presupusă cisteină protează , o presupusă endonuclează GIY-YIG și o presupusă ATPază de ambalare a ADN-ului [5] .

Virofagul Zamilon a fost izolat în 2013 dintr-o probă de sol din Tunisia împreună cu mimivirusul Mont1 aparținând grupului C. Virionul are formă sferică, diametrul său atinge 50–60 nm. Genomul Zamilon este o moleculă circulară de ADN cu lungimea de 17.276 bp. cu o compoziție scăzută de GC, conține 20 ORF-uri de la 222 la 2337 bp în lungime. Diferă semnificativ de genomul Sputnik: au 76% din nucleotide identice , în timp ce acoperă genomul Sputnik cu 75%. Cu toate acestea, 17 ORF-uri Zamilon sunt omoloage genelor Sputnik, două ORF-uri sunt omoloage genelor Megavirus chiliensis și un ORF este omoloage cu Moumouvirus monve [5] . Conform clasificării virofagelor propuse în 2016, Zamilon și Sputnik cu variantele sale sunt combinate într-un singur gen Sputnikvirus (unde reprezintă, respectiv, specia Mimivirus-dependent virus Zamilon și Mimivirus-dependent virus Sputnik ), iar mavirusul este izolat într-o formă separată. genul Mavirus (specia Cafeteriavirus-dependent mavirus ) [6] .

Primul virofag descoperit folosind metagenomică a fost virofagul Organic Lake (OVL). A fost descoperit în 2011 într-o probă de apă din Lacul Organic , un lac meromictic  hipersalin ( Coasta Ingrid Christensen , Antarctica de Est ). Particulele sferice ale acestui virofag cu un diametru de 50 nm au fost detectate folosind microscopia electronică cu transmisie . Genomul OLV este o moleculă circulară de ADN dublu catenar care conține 26.421 bp. și având o compoziție GC de 36,5%. Se presupune că 24 de proteine ​​sunt codificate în genomul OLV, dintre care șase sunt omoloage proteinelor Sputnik. Acestea includ o proteină capsidă, o ATPază de ambalare a ADN-ului, o ADN polimerază / primază presupusă și trei proteine ​​cu funcție necunoscută [5] .

În 2012–2014, în timpul unei analize metagenomice a apelor lacului Yellowstone , au fost obținute secvențe genomice complete a șapte virofage, care au fost numite virofage lacul Yellowstone (YSLV, un posibil nume rusesc este virofage lacul Yellowstone). Genomul lor are 22-29 mii bp; în special, lungimea genomului virofagului YSLV1 este de 27849 bp. cu 26 ORF, YSLV2 are 23.184 bp. cu 21 ORF, YSLV3 are 27.050 bp. cu 23 ORF, YSLV4 are 28306 bp. c 34 ORF [5] [13] . Compoziția GC este de 33,4% pentru YSLV1, 33,6% pentru YSLV2, 34,9% pentru YSLV3 și 37,2% pentru YSLV4. Conform rezultatelor unei analize cladistice preliminare efectuate în 2013 , cele 4 virofage YSLV cunoscute la acel moment formau o singură cladă  - un grup soră pentru Sputnik, iar virofagul ALM a fost inclus împreună cu mavirusul într-o altă cladă [13] . Alte 3 virofage din grupul YSLV au fost descoperite în 2014; acesta este YSLV5 cu o lungime a genomului de 29.767 bp. și 32 ORF, YSLV6 (24.837 bp și 29 ORF) și YSLV7 (23.193 bp și 26 ORF). La virofagul YSLV5, compoziția GC este de 51,1% (care este mult mai mare decât la alte virofage din grup), la YSLV6 este de 26,8%, la YSLV7 este de 27,3% [14] .

Genomul unui virofag care parazitează virusul Phaeocystis globosa (PgV) a fost descoperit în 2013 în timpul unei analize metagenomice a apelor de coastă din Țările de Jos în timpul asamblarii lanțului PgV-16T al genomului PgV. În genomul acestui virofag ( Virofag asociat cu virusul Phaeocystis globosa , PgVV), au fost prezise 16 ORF-uri, dintre care majoritatea nu sunt omoloage cu niciuna dintre secvențele cunoscute. Trei ORF-uri care codifică o endonuclează, o ADN polimerază presupusă și o primază sunt omoloage genelor mavirus, iar un ORF este omoloage genei OLV. Este posibil ca acest virofag să fi pierdut gene structurale, deoarece numai particule virale ale virusului gazdă (PgV) se găsesc în celulele infectate ale algei haptofite Phaeocystis globosa . S-a sugerat că virofagul PgVV există ca plasmidă liniară sau provirofag integrat în genomul virusului gazdă [5] [6] .

În 2013, a fost publicată o secvență aproape completă a genomului unui virofag, numită Ace Lake Mavirus (ALM) .  A fost obținut dintr-o probă de apă din Lacul Ace din Antarctica. Lungimea genomului acestui virofag este de 17767 bp, are o compoziție scăzută de GC (26,7%) și conține 22 ORF-uri, dintre care 14 au omologi printre ORF-urile mavirus [5] .

În 2015, au fost publicate date despre prezența genomului unui virofag asemănător Zamilonului într-un bioreactor neventilat . Noul virofag a fost numit Zamilon 2. În același an, au apărut informații despre prezența secvențelor de nucleotide asemănătoare cu cele ale virofagelor în tractul digestiv al animalelor, inclusiv al omului [5] .

În același an, s-a constatat că genomul nuclear al algei clorarahniofite Bigelowiella natans conține inserții transcrise activ corespunzătoare genomilor virofagilor. În plus, genomul acestei alge conține secvențe derivate din viruși din ordinul Megavirales , precum și elemente repetate similare transpovironilor. Este posibil ca această algă să fi dobândit inserții virofage ca armă moleculară împotriva virușilor [5] .

În 2016, un nou grup de virofage a fost descoperit în timp ce analiza apele lacului artificial Dishui din Shanghai ( China ). S-a obținut secvența genomică completă a virofagului Dishui Lake (DSLV1). Genomul său este un ADN circular dublu catenar de 28.788 bp lungime. cu o compoziție GC de 43,2% și 28 ORF. În aceleași probe, au fost identificate secvențe de virofage înrudite cu OLV și virofage din grupul YSLV [15] . În același an, un nou virofag a fost descris în timpul studierii comunității microbiene planctonice din lacul montan Kukunor din provincia chineză Qinghai . A fost numit virofag lacul Qinghai (QLV, un posibil nume rusesc este virofag lacul Qinghai). Genomul QLV are o lungime de 23379 bp, are o compoziție GC de 33,2% și conține 25 ORF-uri, dintre care 7-11 ORF-uri sunt omoloage cu genele OLV-urilor și virofagelor din grupul YSLV, în timp ce restul sunt specifice QLV-urilor. În aceleași probe au fost detectate secvențe apropiate de cele ale ficodnavirusurilor ( Phycodnaviridae ) [16] , care, aparent, sunt gazdele acestui virofag [17] .

În 2017, a fost realizat un ansamblu metagenomic al secvenței genomice a virofagului Med-OCT2015-2000m, descoperit în 2015 în probe de apă din Marea Mediterană (primul virofag găsit în apele de adâncime). Lungimea genomului său a fost de 30.521 bp. cu 35 ORF-uri. Pe arborele filogenetic construit , acest virofag a format o cladă cu virofagul YSLV5, deși ambele virofage diferă foarte mult în compoziția GC (27,7% și, respectiv, 51,1%) [18] .

În același timp, s-au obținut secvențe genomice complete (sau aproape complete) a 17 virofage noi din lacurile Wisconsin , SUA: 9 din Lacul Mendota și 8 din Lacul Trout Bog . Se presupune că lungimea genomului complet la aceste virofage se află în intervalul de la 13,8 la 25,8 mii bp și conțin de la 13 la 25 ORF-uri. Secvențele genomice rezultate sunt destul de diverse: pe arborele filogenetic reconstruit, virofagele din Trout Bog Lake formează 3 grupuri (împreună cu Sputnikvirus și virofagele YSLV7 și respectiv YSLV5), în timp ce majoritatea virofagelor din Lacul Mendota aparțin grupului reprezentat de virofagele OLV, QLV, DSLV1 și majoritatea virofagelor din grupul YSLV, deși unul dintre ei se dovedește a fi un grup soră cu Sputnikvirus , iar altul este un grup soră cu cladele de la Mavirus și ALM [11] .

Un număr mare de secvențe similare cu secvențele de gene care codifică proteina capside virofagului au fost identificate în timpul analizei metagenomice a comunităților microbiene de lacuri (inclusiv lacuri din Antarctica), râuri și iazuri mici de apă dulce. Ele au fost găsite și în analiza metagenomică a nămolului activ, a sedimentelor de fund de apă dulce, a tubului digestiv al diferitelor animale, a apelor marine și uzate. Aceste date mărturisesc prevalența extremă și marea diversitate a virofagelor [5] .

Există un punct de vedere conform căruia virofagele ar trebui considerate ca parte a virusurilor satelit . Principalul argument în favoarea acestei ipoteze este faptul că virofagele izolate în prezent nu se pot reproduce în celule în absența virusului gazdă. Pe de altă parte, virofagele sunt mult mai complexe decât virusurile satelit, care sunt, de fapt, agenți subvirali [4] . Virofagele cunoscute sunt alocate unei familii independente Lavidaviridae (Lavida: LArge VIrus-Dependent or Associated virus) [5] [6] .

Ciclul de viață

Cel mai probabil, toate virofagele trăiesc în fabricile virale de viruși giganți, în care sunt transcrise și replicate. Căile prin care virofagele pătrund în celula gazdă sunt necunoscute în majoritatea cazurilor [10] . Ciclul de viață și efectul asupra virusului gazdă au fost studiate în detaliu într-un singur virofag, Sputnik. Prin ele însele, virofagele nu pot provoca infecție în amibe și necesită strict o fabrică de virus gazdă pentru a se reproduce. Toate virofagele cunoscute în prezent parazitează virusurile gigantice [5] .

Se presupune că virionii Sputnik sunt prea mici pentru ca ameba să-i poată fagocita , deci este nevoie de un alt mecanism pentru ca virofagul să intre în celulă. Cu puțin timp înainte de pătrunderea în amibă, Sputnik-ul este atașat de fibrilele de pe suprafața mamavirusului folosind proteina R135, iar complexul rezultat este fagocitat de amibe. După cum era de așteptat, soiurile de mimivirus fără fibrile sunt rezistente la Sputnik [5] .

La 1-2 ore după infecție, în citoplasma amibei pot fi observate vacuole endocitare . Apoi, în 2-4 ore, are loc replicarea genomilor virali și sinteza proteinelor virale. Replicarea Sputnik și Mimivirus are loc în zone dense bine distinse ale citoplasmei, altele decât nucleul - fabrici virale. În această etapă, este încă imposibil să se vadă sau să izola particulele virofage [5] .

Formarea virionilor virofagului începe la unul dintre polii fabricii virale, înainte de formarea virionilor Mimivirus. În cazuri rare, este posibil să se observe fabrici de virusuri în celulele infectate, producând doar particule virofage și numai particule de mimivirus. La 16 ore după infectare, amiba este complet umplută cu particule de Sputnik și Mimivirus; virionii pot fi localizați liber în citoplasmă sau se pot acumula în vacuole de amibe. La o zi după infectare, mai mult de două treimi din amibele infectate suferă liză , eliberând particule nou sintetizate de virofag și mimivirus [5] .

Spre deosebire de Sputnik, care poate parazita o mare varietate de mimivirusuri, virofagul Zamilon, descris în 2014, se poate reproduce doar în prezența mimivirusurilor de grup B și C (caracterizate prin Moumouvirus și , respectiv, Megavirus chiliensis ): mimivirusuri de grup A (care includ Mimivirusuri). și Mamavirus ) sunt rezistente la acesta. În special, virophage mavirus [3] ( Mavirus ) se reproduce în interiorul flagelatului marin Cafeteria roenbergensis numai în prezența gigantului Cafeteria roenbergensis virus (CroV) , un membru al familiei Mimiviridae . Spre deosebire de Sputnik, endocitoza mavirusului apare independent de endocitoza CroV (probabil prin endocitoza mediată de clatrina) [5] [12] .

Interacțiunea cu virusul gazdă și celula

S-a demonstrat că replicarea virofagului Samilon a fost îmbunătățită semnificativ după tăcere a trei gene Mimivirus: R349 ( ubiquitin ligază având un domeniu HECT ), R350 ( proteina de legare la ATP cu activitate helicază) și R354 ( proteina de legare a ADN-ului cu activitate nuclează ). În condiții normale, zamilon nu poate folosi fabricile de virusuri Mimivirus pentru reproducere, probabil din cauza activității sistemului de apărare Mimivirus cunoscut sub numele de MIMIVIRE (vezi mai jos . S-a constatat că genomul mavirusului virofag se poate integra în genomul gazdei). Infecția cauzată de CroV, activează mavirusul, iar după liza celulei ies atât virionii CroV, cât și virionii mavirus [ 10] .

În anul 2017 a fost efectuată o analiză a proteomilor mai multor virofage, constând în căutarea de motive cu funcții cunoscute în proteinele virofage. Asemănarea compoziției proteice a proteomilor a două virofage a fost evaluată folosind coeficientul de corelație Spearman . De exemplu, s-a dovedit că proteomii virofagelor YLV5 și DSLV sunt cel mai similari din punct de vedere funcțional; prin urmare, aceste virofage declanșează probabil aceleași cascade de semnalizare în celula gazdă. De asemenea, este probabil ca virofagele OLV și YLV6, precum și zamilonul și QLV, să provoace un răspuns celular similar. Cele mai puternice valori funcționale au fost observate între proteomii lui Sputnik 2 și Sputnik 3. Se presupune că secvențe similare din genomul diferitelor virofage provin de la un strămoș comun sau de la genomul gazdelor strâns înrudite (datorită transferului de gene orizontale ) [10] .

Căutarea motivelor funcționale a arătat că aproximativ 70% dintre proteinele virofage samilon au un motiv de legare SUMO , în timp ce aproximativ 38% dintre proteinele Sputnik au acest motiv. Deoarece atașarea covalentă a proteinei SUMO este una dintre cele mai comune modificări post-translaționale , se presupune că modificările post-translaționale joacă un rol cheie în replicarea Samilon. Este probabil ca modificările post-translaționale, precum și fibrilele capsidei mimivirusului, să joace un rol cheie în suprimarea reproducerii Sputnik. Dacă genele care codifică proteinele fibrilelor sunt eliminate , atunci începe reproducerea activă a virofagului. În plus, motivele ITAM (  Immunoreceptor tyrosine-based activation motifs ) au fost găsite în proteinele Sputnik și Mavirus, dar nu au fost găsite în  proteinele zamilon , PgVV și QLV. Motivele ITAM sunt prezente în proteinele unui număr de virusuri și sunt asociate cu evitarea răspunsului imun , suprimarea apoptozei și transformarea malignă a unor celule. Niciuna dintre proteinele PgVV nu conține un semnal de localizare nucleară ( NLS ), în timp ce Samilon NLS are o singură proteină. Posibil, virofagele folosesc căi alternative pentru a pătrunde în nucleu , iar PgVV se reproduce probabil doar în fabrica de virusuri citoplasmatice [10] .  

Origine

Virofagii prezintă o asemănare marcată cu un grup special de elemente mobile - polintoni . Polintonii sunt un grup neobișnuit de elemente transpozabile, deoarece pot fi duplicate de propria polimerază și integrază (de unde și numele: POLymerase-INTegrase-ON). Polintonii și virofagele sunt reprezentați de ADN, au o dimensiune similară și un număr de gene de origine comună: proteina capsidei mari și mici, ATPaza, care este folosită pentru a împacheta ADN-ul în capsidă și o protează implicată în maturarea virionilor. Cu toate acestea, proteinele capsidelor virofagelor și polintonilor sunt semnificativ diferite. O parte din asemănările dintre polintoni și virofage pot fi explicate prin transferul orizontal al genelor și evoluția convergentă , cu toate acestea, datele studiilor filogenetice și genomice indică în mod convingător caracterul comun al originii lor [19] .

Întrebarea care a fost strămoșul comun al polintonilor și virofagelor - era un element mobil similar polintonilor moderni sau era un virus - nu a fost în cele din urmă rezolvată. Potrivit unei ipoteze, virofagele sunt descendenții polintonilor „scăpați”. Împotriva acestei ipoteze se află faptul că virusurile gigantice sunt necesare pentru reproducerea virofagelor, dar nu și pentru reproducerea polintonilor și este puțin probabil ca această proprietate să fi fost dobândită de virofage de la zero. Este de remarcat faptul că virofagul Mavirus împarte șapte gene cu polintoni și doar trei cu alte virofage și, prin urmare, este mai aproape de polintoni decât de alte virofage. Acest fapt vorbește în favoarea faptului că a existat un flux de gene de la viruși la elementele mobile și a fost virusul care a fost strămoșul comun al virofagelor și polintonilor. Sunt cunoscute mai multe exemple de integrare a virofagului în genomul virusurilor gazdă și al celulelor infectate, deci este posibil ca polintonii să provină din virofage integrate în genomul celulei. Se presupune existența unui grup ipotetic de virusuri - polintovirusuri - care a dat naștere nu numai polintonilor și virofagelor, ci și virusurilor mari cu conținut de ADN nuclear-citoplasmatic , Bidnaviridae și adenovirusuri . Polintovirusurile, la rândul lor, ar putea proveni din viruși din familia Tectiviridae  - bacteriofagi care infectează bacterii gram-negative care au intrat în celulele eucariote odată cu achiziționarea mitocondriilor . Tektivirușii au dobândit cisteină protează și integrază din transpozoni preexistenți și au devenit polintovirusuri, în timp ce polintovirusurile, care și-au pierdut capacitatea de a forma capside, au dat naștere la polintoni. Cu toate acestea, polintovirusurile nu au fost încă detectate [19] . Este de remarcat faptul că distribuția mai largă a polintonilor în natură (se găsesc în diferite grupuri de eucariote , în timp ce virofagele se găsesc numai în celulele protiste), diversitatea lor genetică mai mare și coevoluția pe termen lung cu eucariotele indică faptul că virofagele ar fi putut evolua din polintoni, dar nu invers [20] . Astfel, problema originii virofagelor rămâne nerezolvată.

Relația virofagelor cu alte elemente mobile poate fi ilustrată printr -o cladogramă construită pe baza secvențelor ADN polimerazei [21] .

Filogenie

Descoperirea noilor virofage a făcut posibilă în 2016 realizarea unui nou studiu al filogeniei virofagelor, care a rafinat rezultatele analizei din 2013. Conform acestui studiu, se confirmă monofilia genului Sputnikvirus și, în general, relațiile filogenetice dintre reprezentanții studiați ai familiei Lavidaviridae pot fi reprezentate prin următoarea cladogramă [5] :

MIMIVIRE

În 2016, a apărut un raport despre descoperirea în mimivirusurile grupului A a unui mecanism responsabil de rezistența la virofagul samilon. Elementul cheie al acestui mecanism este sistemul genetic MIMIvirus VIrophage Resistant Element (MIMIVIRE) care conține mai multe inserții corespunzătoare secvențelor din genomul samilon. S-a sugerat că sistemul bazat pe MIMIVIRE funcționează similar cu sistemele CRISPR /Cas care oferă protecție împotriva virușilor din bacterii și arhee: ARN-urile sunt sintetizate din inserții în genomul Mimivirus , care se leagă complementar de genomul virofagului, ducând la distrugerea lor. [22] . Această concluzie este susținută de datele din experimente pentru a dezactiva MIMIVIRE. Cu toate acestea, această ipoteză are o serie de probleme. Nu este clar, de exemplu, cum sistemul MIMIVIRE distinge inserțiile din genomul virofagului în genomul mimivirusului de aceleași secvențe din genomul virofagului și evită distrugerea genomului mimivirusului însuși. A fost propus un mecanism alternativ de funcționare a MIMIVIRE, care se bazează nu pe interacțiuni complementare ale acizilor nucleici, ci pe interacțiuni proteină-proteină [23] .

Virofagii și imunitatea adaptivă

Se cunosc un număr de cazuri când virofagele s-au integrat în genomul unui virus gigant sau al celulelor gazdă protiste. De exemplu, genomul Sputnik 2 poate fi integrat în genomul Mimivirus. După cum sa menționat mai sus, există mai multe inserții derivate din virofage în genomul algei cloraracniofite Bigelowiella natans . Când flagelatul marin Cafeteria roenbergensis este co -infectat cu virusul CroV și virofagul, mavirusul introduce genomul virofagului în genomul protistului în aproximativ 30% din celulele infectate . Dacă celulele care au supraviețuit infecției cu genomul mavirus inserat sunt din nou expuse infecției cu CroV, atunci multiplicarea virofagului și exprimarea genelor sale sunt induse, în special, datorită activării transcripției inserțiilor de mavirus de către factorul de transcripție codificat de CroV. În cele din urmă, apare formarea particulelor de virofag, totuși, în mod curios, propagarea virofagului nu afectează în mod semnificativ propagarea CroV. Cu toate acestea, în cele din urmă, celula încă moare, ceea ce împiedică CroV să se înmulțească în continuare în ea. Mecanismul de apărare mediat de mavirus împotriva infecției cu CroV poate fi interpretat ca o formă de imunitate adaptivă , în care memoria infecțiilor anterioare este reținută sub formă de inserții în genomul celulei. Această idee amintește de principiul de funcționare a imunității adaptive a bacteriilor și arheilor, sistemul CRISPR/Cas [21] .

Ecologie

În anii care au trecut de la descoperirea primelor virofage, virușii acestui grup au fost detectați folosind metagenomică în diverse habitate, de la adâncime până la uscat și în diferite părți ale globului. Virofagii se găsesc în apă dulce și în sedimentele de fund mai des decât în ​​probele de apă din zonele de adâncime. În plus, virofage au fost găsite în sol, gheață și aer. Virofagii interacționează activ cu alte microorganisme și chiar pot influența creșterea acestora; de exemplu, Sputnik poate controla nu numai populațiile de amibe, ci și creșterea bacteriilor prin reglarea virulenței virusurilor gazdă. Prin influențarea dinamicii populației virusurilor gigantice și a gazdelor lor eucariote, virofagele pot avea un impact semnificativ asupra unei varietăți de ecosisteme [5] .

Legătura virofagelor cu oamenii nu este încă complet clară. Viruși giganți au fost găsiți în probele de țesut fecal și pulmonar uman; în plus, virusurile gigantice pot infecta amibele care locuiesc în tractul digestiv uman, iar secvențele corespunzătoare virofagelor au fost într-adevăr identificate în probele fecale. În plus, virofagul Sputnik 2 a fost izolat din lichidul lentilelor de contact. Anticorpi la virofagul Sputnik au fost găsiți la doi pacienți febrili, iar unul dintre ei a fost seroconvertit . Nu există date privind potențiala patogenitate a virofagelor pentru om [5] .

Note

  1. ↑ Taxonomia Virușilor  pe site-ul web al Comitetului Internațional pentru Taxonomia Virușilor (ICTV) .
  2. ↑ Elements.ru: Virușii suferă și de boli virale (A. Markov) . Consultat la 15 ianuarie 2018. Arhivat din original la 28 ianuarie 2018.
  3. ↑ 1 2 Știință și viață: războaiele virușilor . Consultat la 15 ianuarie 2018. Arhivat din original la 16 ianuarie 2018.
  4. ↑ 1 2 Flint et al., 2015 , p. 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.  The Virophages of Virophages  / The Virophages. - 2016. - Vol. 8, nr. 11. - doi : 10.3390/v8110317 . — PMID 27886075 .
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Krupovic M. , Kuhn JH , Fischer MG  A Classification System for Virophages and Satellite Viruses  // Archives of Virology. - 2016. - Vol. 161, nr. 1. - P. 233-247. - doi : 10.1007/s00705-015-2622-9 . — PMID 26446887 .
  7. ↑ O nouă familie și două noi genuri pentru clasificarea virofagelor  : [ ing. ] // ICTV. — Cod atribuit: 2015.001a-kF. - 2015. - 14 p.
  8. ↑ Gazeta.ru: Virusul gigant este bolnav de Sputnik . Data accesului: 18 ianuarie 2018. Arhivat din original la 18 ianuarie 2018.
  9. ↑ Abergel C. , Legendre M. , Claverie JM  The Rapidly Expanding Universe of Giant Viruses: Mimivirus , Pandoravirus , Pithovirus and Mollivirus  // FEMS Microbiology Reviews. - 2015. - Vol. 39, nr. 6. - P. 779-796. - doi : 10.1093/femsre/fuv037 . — PMID 26391910 .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Sobhy H. Virophages și interacțiunile lor cu virusuri gigantice și celule gazdă.  (engleză)  // Proteomes. - 2018. - 22 mai ( vol. 6 , nr. 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.  Ecogenomics of Virophages and their Giant Virus Hosts Assessed through Time Series Metagenomics  // Nature Communications. - 2017. - Vol. 8, nr. 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, a Novel Virophage with Mimiviridae Host Specificity  // PLoS One . - 2014. - Vol. 9, nr. 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.  Diversitatea virofagelor în seturile de date metagenomice  // Journal of Virology. - 2013. - Vol. 87, nr. 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.  Three Novel Virophage Genomes Discovered from Yellowstone Lake Metagenomes  // Journal of Virology. - 2015. - Vol. 89, nr. 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.  Virofagi noi descoperiți într-un lac de apă dulce din China  // Frontiere în microbiologie. - 2016. - Vol. 7. - P. 5. - doi : 10.3389/fmicb.2016.00005 . — PMID 26834726 .
  16. ↑ Makarov V.V.  Giruses. Taxonomie comparativă a virusului pestei porcine africane în grupul dezoxiribovirusurilor nuclear-citoplasmatice mari  // Veterinar astăzi. - 2012. - Nr. 1 . - S. 5-8 .
  17. ↑ Oh Seungdae, Yoo Dongwan, Liu Wen-Tso.  Metagenomica dezvăluie o nouă populație de virofagi într-un lac de munte tibetan  // Microbi și medii. - 2016. - Vol. 31, nr. 2. - P. 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.  Genome Diversity of Marine Phages Recovered from Mediterranean Metagenomes: Size Matters  // PLoS Genetics . - 2017. - Vol. 13, nr. 9. - P. e1007018. - doi : 10.1371/journal.pgen.1007018 . — PMID 28945750 .
  19. ↑ 1 2 Campbell S. , Aswad A. , Katzourakis A. Disentangling  the Origins of Virophages and Polintons  // Current Opinion in Virology. - 2017. - Vol. 25. - P. 59-65. - doi : 10.1016/j.coviro.2017.07.011 . — PMID 28802203 .
  20. ↑ Krupovic M., Yutin N., Koonin E. V.  Fuziunea unei helicaze de superfamilie 1 și a unei ADN polimeraze inactivate este o semnătură a istoriei evolutive comune a polintonilor, virusurilor asemănătoare polintonului, transpozonilor Tlr1 și transpovironilor  // Evoluția virusului. - 2016. - Vol. 2, nr. 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 Viruses, Transposons and Immunity  // Opinia curentă în virologie. - 2017. - Vol. 25. - P. 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 este un sistem de apărare în mimivirus care conferă rezistență virofagului  // Nature. - 2016. - Vol. 531, nr. 7593. - P. 249-252. - doi : 10.1038/nature17146 . — PMID 26934229 .
  23. ↑ Claverie J. M., Abergel C.  CRISPR-Cas-like system in giant viruses: why MIMIVIRE is not probabil to be an adaptive immune system  // Virologica Sinica. - 2016. - Vol. 31, nr. 3. - P. 193-196. - doi : 10.1007/s12250-016-3801-x . — PMID 27315813 .

Literatură

Link -uri

 Particule sub virale