Virofager

Virofager

Sputnik virophage capsid
videnskabelig klassifikation
Gruppe:Virus [1]Rige:VaridnaviriaKongerige:BamfordviraeType:PræplasmiviricotaKlasse:MaveriviricetesBestille:PriklausoviralesFamilie:Virofager
Internationalt videnskabeligt navn
Lavidaviridae
Baltimore-gruppen
I: dsDNA-vira

Virophages [2] [3] ( eng.  Virophages , lat.  Lavidaviridae ) er en gruppe af vira , der kun kan formere sig i celler i nærværelse af en anden virus (værtsvirus), men har mere komplekse genomer og virioner end andre satellitvira [ 4] . Virofager har icosaedriske kapsider , deres genomer er repræsenteret af dobbeltstrengede DNA - molekyler . De første repræsentanter for denne gruppe af vira blev beskrevet i 2008, og ved udgangen af ​​2016 var 18 virofage-genomer kendt, hvoraf to var næsten fuldstændigt sekventeret . Virofager er blevet fundet i en lang række habitater – i oceanernes dybe vand og på land; en virofager blev isoleret fra kontaktlinsevæske , så det er muligt, at virofager også interagerer med menneskekroppen [5] .

Virofager foreslås at blive klassificeret i familien Lavidaviridae , hvis fylogenetiske forhold endnu ikke er fuldt belyst [5] [6] . Fra marts 2018 anerkendte den internationale komité for taksonomi af virus dog kun to slægter og tre arter [7] .

Studiehistorie

I alle undersøgte virofager tilhører værtsvirussen familien Mimiviridae (i en række isolerede virofager er værtsvirusset dog ukendt), så historien om studiet af virofager er tæt forbundet med undersøgelsens historie af denne familie af kæmpevirus [6] . Indtil 2008 var kun én repræsentant kendt i denne familie - mimiviruset Acanthamoeba polyphaga mimivirus , der inficerer amøben Acanthamoeba polyphaga . I 2008 blev et andet medlem af Mimiviridae- familien beskrevet , som reproducerede i amøben Acanthamoeba castellanii og kaldet mamavirus [8] . Samtidig var det i cytoplasmaet af amøber inficeret med mamavirus ved hjælp af elektronmikroskopi muligt at identificere små virioner med en diameter på omkring 50 nm (deres genom bestod af 18.343 basepar kodende for 21 proteiner ). De blev fundet i virusfabrikkerne af mamavirus, for hvilke den nye virus fik navnet Sputnik [ 5 ] [ 9 ] . 

I amøber inficeret med mamavirus og Sputnik på samme tid havde de resulterende mamavirusvirioner en uregelmæssig morfologi, og kun 30% af dem var i stand til at forårsage infektion i andre celler. Da Sputnik brugte virusfabrikkerne af mamavirus til dets reproduktion, hvilket reducerede effektiviteten af ​​reproduktionen af ​​sidstnævnte, blev det isoleret i en ny gruppe af vira, kaldet virofager . Siden da er flere virofager blevet beskrevet (hovedsageligt baseret på metagenomiske data). Det var muligt at isolere seks virofager fra en række forskellige kilder - såsom vand, jord og endda væske til vask af kontaktlinser - opnået på en række forskellige steder: i Frankrig , USA ( Texas ), Brasilien og Tunesien . Et endnu større antal virofager kendes kun fra genomiske data og er beskrevet ud fra resultaterne af metagenomisk screening af prøver fra en række forskellige steder [5] .

Beskrivelse

Alle isolerede virofager er små vira med icosaedriske kapsider 35-74 nm i diameter. Kun i virofagen Sputnik er kapsidens rumlige struktur blevet undersøgt (ved hjælp af kryoelektronmikroskopi ). Sputniks virioner er 74 nm i diameter, og dets icosaedriske kapsid består af 260 pseudohexamere og 12 pentamere capsomerer , som er placeret ved kapsid-spidserne. Pseudohexamere capsomerer dannes ved trimerisering af monomerer ved hjælp af jelly roll . Pentameriske capsomerer har centrale hulrum, der, ligesom dem i bakteriofager , kan tjene til ind- og udgang af DNA-molekyler fra capsidet. Under kapsiden er et lipid-dobbeltlag 4 nm tykt [5] .

Virophag-genomer er repræsenteret af dobbeltstrengede DNA-molekyler, der varierer i størrelse fra 17 til 30 tusinde basepar (bp) og koder for fra 16 til 34 proteiner. Omkring 60 % af generne i hver virophag er forældreløse gener (ORFans ) med  ukendte funktioner, det vil sige, at de ikke har nogen homologi med nogen af ​​de aktuelt kendte gener. Seks af de kendte virofager findes i næsten alle virofager; de har tendens til at spille en afgørende rolle i deres replikation [10] . Disse gener inkluderer gener, der koder for store og små capsidproteiner, gener fra den formodede FtsK-HerA-familie af DNA-pakning ATPaser, et cysteinproteasegen, et DNA- helicase /primase (S3H)-gen og et gen, der koder for et protein indeholdende et zink bånddomæne ( engelsk zinc-ribbon domæne ). Derudover har flere virofager konserverede gener, der koder for to forskellige familier af integraser (den formodede tyrosin-integrase i Sputnik og den formodede rve-integrase i mavirus og AML). Tilstedeværelsen af ​​flere konserverede gener vidner til fordel for virofagers monofyletiske oprindelse [5] .  

Diversitet

Fra 2016 indeholdt GenBank-databasen komplette eller delvise genomiske sekvenser af 18 virofager [5] . Ved udgangen af ​​2017 steg antallet af komplette eller delvise genomsekvenser af virofager tilgængelige for forskere til 57 [11] .

Opdagelsen af ​​virofagen Sputnik i 2008 blev efterfulgt af beskrivelsen af ​​tre andre beslægtede virofager. Sputnik 2 blev isoleret i 2012 fra en kontaktlinsevask i forbindelse med Lentillevirus  , et mimivirus i gruppe A. Det viste sig, at lentillevirusgenomet indeholder et integreret Sputnik 2-genom, samt hidtil ukendte mobile elementer, kaldet transpovironer . Sputnik 3 blev påvist ved polymerasekædereaktion (PCR) i 2013 i en jordprøve. I 2014 blev Sputnik Rio Negro, en virofage, der parasitterer på Samba-virus (gruppe C mimivirus), beskrevet. Capsiden af ​​denne virophag er halvt så stor som capsiderne af andre ledsagere (dens diameter er 35 nm versus ~70 nm for andre mimivira) [5] [12] .

Genomerne af alle i øjeblikket kendte satellitter er repræsenteret af cirkulære DNA-molekyler. I virofagen Sputnik omfatter genomet 18.343 basepar (bp), 18.338 bp. - for Sputnik 2 og det samme for Sputnik 3. Genomet fra Sputnik Rio Negro er endnu ikke tilgængeligt. Forskellene mellem genomerne af de tre ledsagere er mindre end 10 bp; i alle tre virofager har genomet en lav GC-sammensætning , som i mimivira. De indeholder 20-21 åbne læserammer ( engelsk  åben læseramme, ORF ), som koder for proteiner med en længde på 88 til 779 aminosyrerester (a.o.). For fire gener fra mimiviruss genomer blev homologer fundet i genomerne af eukaryoter og bakteriofager , for tre - blandt mimiviras gener, og et gen er homologt med archaeal virusgenet ; de resterende gener viser ingen homologi med kendte sekvenser. En sådan mosaiksammensætning af gener indikerer, at disse virofager er involveret i horisontal genoverførsel [5] .

Mavirus blev den anden kendte virofage. Dens kapsid har en sfærisk form og når 60 nm i diameter. Det blev isoleret i 2010 fra kystnære farvande i Texas, USA. Som allerede nævnt parasiterer den CroV -virussen , som inficerer den marine flagellat Cafeteria roenbergensis . Mavirusgenomet er et 19.063 bp cirkulært dobbeltstrenget DNA indeholdende 20 ORF'er. Som i Sputnikov er genomet af denne virophag karakteriseret ved en lav GC-sammensætning. 10 åbne læserammer viser homologi med generne fra retrovira , bakterier , eukaryoter og vira, hvis genom er repræsenteret af dobbeltstrenget DNA. Især blev 4 homologe ORF'er fundet i Sputnik-genomet; de koder for et capsidprotein, en formodet cysteinprotease , en formodet GIY-YIG endonuklease og en formodet DNA-pakning ATPase [5] .

Virofagen Zamilon blev isoleret i 2013 fra en jordprøve fra Tunesien sammen med Mont1 mimivirus tilhørende gruppe C. Virionet har en sfærisk form, dens diameter når 50-60 nm. Zamilon-genomet er et cirkulært DNA-molekyle, der er 17.276 bp langt. med en lav GC-sammensætning, indeholder 20 ORF'er fra 222 til 2337 bp i længden. Det adskiller sig væsentligt fra Sputnik-genomet: de har 76% af nukleotider identiske , mens de dækker Sputnik-genomet med 75%. Imidlertid er 17 Zamilon ORF'er homologe med Sputnik-gener, to ORF'er er homologe med Megavirus chiliensis- gener , og en ORF er homolog med Moumouvirus monve [5] . I henhold til klassificeringen af ​​virofager foreslået i 2016 kombineres Zamilon og Sputnik med dets varianter til én slægt Sputnikvirus (hvor de repræsenterer henholdsvis arterne Mimivirus-afhængige virus Zamilon og Mimivirus-afhængige virus Sputnik ), og maviruset er isoleret i en separat slægten Mavirus (art Cafeteriavirus-afhængig mavirus ) [6] .

Den første virophage opdaget ved hjælp af metagenomics var Organic Lake (OVL) virophage. Den blev opdaget i 2011 i en vandprøve fra Organic Lake  , en hypersalline meromictic sø ( Ingrid Christensen Coast , East Antarctica ). Sfæriske partikler af denne virophag med en diameter på 50 nm blev påvist ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi . OLV-genomet er et cirkulært dobbeltstrenget DNA-molekyle indeholdende 26.421 bp. og med en GC-sammensætning på 36,5%. Det antages, at 24 proteiner er kodet i OLV-genomet, hvoraf seks er homologe med Sputnik-proteiner. Disse omfatter et capsidprotein, en DNA-pakning ATPase, en formodet DNA- polymerase / primase og tre proteiner med ukendt funktion [5] .

I 2012-2014, under en metagenomisk analyse af vandet i Yellowstone Lake , blev der opnået komplette genomiske sekvenser af syv virofager, som blev kaldt Yellowstone Lake virofager (YSLV, et muligt russisk navn er Yellowstone Lake virofager). Deres genomer er 22-29 tusind bp; i særdeleshed er genomlængden af ​​virofagen YSLV1 27849 bp. med 26 ORF har YSLV2 23.184 bp. med 21 ORF har YSLV3 27.050 bp. med 23 ORF, YSLV4 har 28306 bp. c 34 ORF [5] [13] . GC-sammensætningen er 33,4% for YSLV1, 33,6% for YSLV2, 34,9% for YSLV3 og 37,2% for YSLV4. Ifølge resultaterne af en foreløbig kladistisk analyse udført i 2013 , dannede de 4 YSLV-virofager, der var kendt på det tidspunkt, en enkelt klade  - en søstergruppe for Sputnik, og ALM-virofagen blev inkluderet sammen med mavirus i en anden klade [13] . Yderligere 3 virofager fra YSLV-gruppen blev opdaget i 2014; dette er YSLV5 med en genomlængde på 29.767 bp. og 32 ORF'er, YSLV6 (24.837 bp og 29 ORF) og YSLV7 (23.193 bp og 26 ORF). I virofagen YSLV5 er GC-sammensætningen 51,1 % (hvilket er meget højere end i andre virofager i gruppen), i YSLV6 er den 26,8 %, i YSLV7 er den 27,3 % [14] .

Genomet af en virophag parasiterende Phaeocystis globosa-virus (PgV) blev opdaget i 2013 under en metagenomisk analyse af de hollandske kystvande under samlingen af ​​PgV-16T-kæden af ​​PgV-genomet. I genomet af denne virophag ( Phaeocystis globosa virus-associeret virophage , PgVV) er 16 ORF'er blevet forudsagt, hvoraf de fleste ikke er homologe med nogen af ​​de kendte sekvenser. Tre ORF'er, der koder for en endonuklease, en formodet DNA-polymerase og en primase, er homologe med mavirusgenerne, og en ORF er homolog med OLV-genet. Det er muligt, at denne virophag har mistet strukturelle gener, fordi kun virale partikler af værtsvirussen (PgV) findes i inficerede celler af haptofyt-algen Phaeocystis globosa . Det er blevet foreslået, at PgVV-virofagen eksisterer som et lineært plasmid eller provirophag integreret i værtsvirusgenomet [5] [6] .

I 2013 blev en næsten komplet genomsekvens af en virophag offentliggjort, kaldet Ace Lake Mavirus (ALM) .  Det blev opnået fra en vandprøve fra Ace Lake i Antarktis. Genomlængden af ​​denne virophag er 17767 bp, den har en lav GC-sammensætning (26,7%) og indeholder 22 ORF'er, hvoraf 14 har homologer blandt mavirus ORF'erne [5] .

I 2015 blev data offentliggjort om tilstedeværelsen af ​​genomet af en Zamilon-lignende virophag i en uventileret bioreaktor . Den nye virophag fik navnet Zamilon 2. Samme år dukkede oplysninger op om tilstedeværelsen af ​​nukleotidsekvenser, der ligner dem for virofager i fordøjelseskanalen hos dyr, inklusive mennesker [5] .

Samme år blev det konstateret, at kernegenomet fra chlorarachniophyte- algen Bigelowiella natans indeholder aktivt transskriberede inserts svarende til virophag-genomer. Derudover indeholder genomet af denne alge sekvenser afledt af vira af ordenen Megavirales , såvel som gentagne elementer, der ligner transpovironer. Det er muligt, at denne alge-erhvervede virofage-indlæg som et molekylært våben mod vira [5] .

I 2016 blev en ny gruppe virofager opdaget, mens man analyserede vandet i den kunstige sø Dishui i Shanghai ( Kina ). Den komplette genomiske sekvens af Dishui Lake-virofagen (DSLV1) blev opnået. Dens genom er et cirkulært dobbeltstrenget DNA 28.788 bp langt. med en GC-sammensætning på 43,2% og 28 ORF. I de samme prøver blev sekvenser af virofager relateret til OLV og virofager fra YSLV-gruppen identificeret [15] . Samme år blev en ny virophag beskrevet, mens man studerede det planktoniske mikrobielle samfund i bjergsøen Kukunor i den kinesiske provins Qinghai . Den fik navnet Qinghai Lake virophage (QLV, et muligt russisk navn er Qinghai Lake virophage). QLV-genomet er 23379 bp langt, har en GC-sammensætning på 33,2% og indeholder 25 ORF'er, hvoraf 7-11 ORF'er er homologe med generne fra OLV'er og virofager i YSLV-gruppen, mens resten er specifikke for QLV'er. I de samme prøver blev der påvist sekvenser tæt på phycodnavirus ( Phycodnaviridae ) [16] , som tilsyneladende er værterne for denne virophag [17] .

I 2017 blev der udført en metagenomisk samling af den genomiske sekvens af virofagen Med-OCT2015-2000m, opdaget i 2015 i vandprøver fra Middelhavet (den første virophag fundet i dybhavsvand). Længden af ​​dets genom var 30.521 bp. med 35 ORF'er. På det konstruerede fylogenetiske træ dannede denne virofage en klade med YSLV5-virofagen, selvom begge virofager adskiller sig meget i GC-sammensætning (henholdsvis 27,7 % og 51,1 %) [18] .

På samme tid blev komplette (eller næsten komplette) genomiske sekvenser af 17 nye virofager fra søerne i Wisconsin , USA opnået: 9 fra Mendota Lake og 8 fra Trout Bog Lake . Det antages, at længden af ​​det komplette genom i disse virofager ligger i området fra 13,8 til 25,8 tusinde bp, og de indeholder fra 13 til 25 ORF'er. De resulterende genomiske sekvenser er ret forskellige: på det rekonstruerede fylogenetiske træ danner virofager fra Trout Bog Lake 3 klynger (sammen med henholdsvis Sputnikvirus og virofager YSLV7 og YSLV5), mens de fleste virofager fra Lake Mendota tilhører gruppen repræsenteret af virofager OLV, QLV , DSLV1 og de fleste virofager i YSLV-gruppen, selvom en af ​​dem viser sig at være en søstergruppe til Sputnikvirus og en anden er en søstergruppe til kladen fra Mavirus og ALM [11] .

Et stort antal sekvenser, der ligner sekvenserne af gener, der koder for virophag-capsidproteinet, blev identificeret under metagenomisk analyse af mikrobielle samfund af søer (inklusive søer i Antarktis), floder og små ferskvandsdamme. De blev også fundet i den metagenomiske analyse af aktiveret slam, ferskvandsbundsedimenter, fordøjelseskanalen hos forskellige dyr, hav- og spildevand. Disse data vidner om den ekstreme udbredelse og store mangfoldighed af virofager [5] .

Der er et synspunkt om, at virofager bør betragtes som en del af satellitvira . Hovedargumentet til fordel for denne hypotese er det faktum, at i øjeblikket isolerede virofager ikke kan reproducere i celler i fravær af værtsvirussen. På den anden side er virofager meget mere komplekse end satellitvira, som i virkeligheden er subvirale agenser [4] . Kendte virofager er allokeret til en uafhængig familie Lavidaviridae (Lavida: LArge VIrus-Dependent eller Associated virus) [5] [6] .

Livscyklus

Mest sandsynligt lever alle virofager i de virale fabrikker af gigantiske vira, hvor de transskriberes og replikeres. De måder, hvorpå virofager kommer ind i værtscellen, er ukendte i de fleste tilfælde [10] . Livscyklussen og virkningen på værtsvirussen er blevet undersøgt i detaljer i kun én virophag, Sputnik. I sig selv kan virofager ikke forårsage infektion i amøber , og de kræver strengt taget en værtsvirusfabrik for at reproducere. Alle i øjeblikket kendte virofager parasiterer kæmpevirus [5] .

Det antages, at Sputnik-virionerne er for små til, at amøben er i stand til at fagocytisere dem , så en anden mekanisme er nødvendig for, at virofagen kan trænge ind i cellen. Kort før indtrængen i amøben bliver sputnik bundet til fibrillerne på overfladen af ​​mamavirus ved hjælp af R135-proteinet, og det resulterende kompleks fagocyteres af amøben. Som forventet er fibrilfrie mimivirus-varianter resistente over for Sputnik [5] .

1-2 timer efter infektion kan der observeres endocytiske vakuoler i amøbens cytoplasma . Derefter, inden for 2-4 timer, sker replikationen af ​​virale genomer og syntesen af ​​virale proteiner. Sputnik- og Mimivirus-replikation forekommer i velkendte tætte zoner af cytoplasmaet, bortset fra kernen-virale fabrikker. På dette stadium er det stadig umuligt at se eller isolere virofagpartikler [5] .

Dannelsen af ​​virioner af virofagen begynder ved en af ​​polerne på virusfabrikken, før dannelsen af ​​Mimivirus-virionerne. I sjældne tilfælde er det muligt at observere virusfabrikker i inficerede celler, der kun producerer virophagpartikler og kun mimiviruspartikler. 16 timer efter infektion er amøben fuldstændig fyldt med Sputnik og Mimivirus partikler; virioner kan frit lokaliseres i cytoplasmaet eller akkumuleres i amøbevakuoler. En dag efter infektion gennemgår mere end to tredjedele af de inficerede amøber lyse , hvilket frigiver nysyntetiserede partikler af virofagen og mimivirus [5] .

I modsætning til Sputnik, som kan parasitere en lang række mimivira, kan Zamilon-virofagen, beskrevet i 2014, kun formere sig i nærværelse af gruppe B- og C-mimivirus (kendetegnet ved henholdsvis Moumouvirus og Megavirus chiliensis ): gruppe A-mimivirus (som omfatter Mimivirus ). og Mamavirus ) er resistente over for det. Især virophag mavirus [3] ( Mavirus ) formerer sig inde i den marine flagellat Cafeteria roenbergensis kun i nærværelse af den gigantiske Cafeteria roenbergensis virus (CroV) , et medlem af Mimiviridae- familien. I modsætning til Sputnik forekommer mavirus endocytose uafhængigt af CroV endocytose (sandsynligvis via clathrin - medieret endocytose) [5] [12] .

Interaktion med værtsvirus og celle

Det blev vist, at replikationen af ​​virophag samilon var signifikant forbedret efter dæmpning af tre mimivirusgener: R349 ( ubiquitin-ligase med et HECT- domæne ), R350 ( ATP - bindende protein med helicaseaktivitet) og R354 ( DNA-bindende protein med nukleaseaktivitet ). Under normale forhold kan zamilon ikke bruge Mimivirus-virusfabrikkerne til reproduktion, sandsynligvis på grund af aktiviteten af ​​Mimivirus-forsvarssystemet kendt som MIMIVIRE (se nedenfor . Det har vist sig, at genomet af virophag-maviruset kan integreres i værtens genom. Infektion forårsaget af CroV, aktiverer mavirus, og efter cellelyse kommer både CroV - virioner og mavirusvirioner ud [ 10] .

I 2017 blev der foretaget en analyse af proteomerne fra flere virofager, bestående i at søge efter motiver med kendte funktioner i virofagerproteiner. Ligheden mellem proteinsammensætningen af ​​proteomerne fra to virofager blev vurderet ved hjælp af Spearman-korrelationskoefficienten . For eksempel viste det sig, at proteomerne af YLV5- og DSLV-virofager er mest funktionelt ens; derfor udløser disse virofager sandsynligvis de samme signalkaskader i værtscellen. Det er også sandsynligt, at virofagerne OLV og YLV6, samt zamilon og QLV, forårsager en lignende cellulær respons. De stærkeste funktionelle værdier blev observeret mellem proteomerne af Sputnik 2 og Sputnik 3. Det antages, at lignende sekvenser i genomerne af forskellige virofager kommer fra en fælles forfader eller fra genomerne af nært beslægtede værter (på grund af horisontal genoverførsel ) [10] .

Søgningen efter funktionelle motiver viste, at omkring 70 % af samilon-virofageproteiner har et SUMO - bindingsmotiv, mens omkring 38 % af Sputnik-proteiner har dette motiv. Da den kovalente binding af SUMO-proteinet er en af ​​de mest almindelige post-translationelle modifikationer , antages det, at post-translationelle modifikationer spiller en nøglerolle i samilon-replikation. Det er sandsynligt, at post-translationelle modifikationer, såvel som fibriller af mimivirus-capsidet, spiller en nøglerolle i undertrykkelsen af ​​Sputnik-reproduktion. Hvis generne, der koder for fibrilproteiner, bliver slået ud , begynder aktiv reproduktion af virofagen. Derudover blev ITAM (  Immunoreceptor -tyrosin-baserede aktiveringsmotiver ) -motiver fundet i Sputnik- og Mavirus-proteiner, men de blev ikke fundet i  zamilon- , PgVV- og QLV-proteiner. ITAM-motiver er til stede i proteinerne fra en række vira og er forbundet med undgåelse af immunresponset , undertrykkelse af apoptose og malign transformation af nogle celler. Ingen af ​​PgVV-proteinerne indeholder et nuklear lokaliseringssignal ( NLS ), mens samilon NLS kun har ét protein. Muligvis bruger virofager alternative veje til at komme ind i kernen , og PgVV replikerer sandsynligvis kun i den cytoplasmatiske virusfabrik [10] .  

Oprindelse

Virofager viser en markant lighed med en særlig gruppe af mobile elementer - polyntoner . Polyntoner er en usædvanlig gruppe af transponerbare elementer, da de kan duplikeres af deres egen polymerase og integrase (deraf navnet: POLymerase-INTegrase-ON). Polyntoner og virofager er repræsenteret af DNA, har en lignende størrelse og en række gener af fælles oprindelse: stort og lille capsidprotein, ATPase, som bruges til at pakke DNA ind i capsidet, og en protease involveret i modningen af ​​virioner. Imidlertid er kapsidproteinerne i virofager og polyntoner signifikant forskellige. En del af lighederne mellem polyntoner og virofager kan forklares ved horisontal genoverførsel og konvergent evolution , men dataene fra fylogenetiske og genomiske undersøgelser indikerer overbevisende fællesheden af ​​deres oprindelse [19] .

Spørgsmålet om, hvad der var den fælles forfader til polyntoner og virofager - var det et mobilt element, der ligner moderne polyntoner, eller var det en virus - er ikke endeligt løst. Ifølge en hypotese er virofager efterkommere af "undslupne" polyntoner. Mod denne hypotese er det faktum, at gigantiske vira er nødvendige for reproduktion af virofager, men ikke for reproduktion af polyntoner, og det er usandsynligt, at denne egenskab blev erhvervet af virofager fra bunden. Det er værd at bemærke, at virofagen Mavirus deler syv gener med polyntonerne og kun tre med andre virofager og derfor er tættere på polyntonerne end andre virofager. Denne kendsgerning taler til fordel for, at der var et genflow fra vira til mobile elementer, og det var virussen, der var den fælles forfader til virofager og polyntoner. Der kendes adskillige eksempler på virofager-integration i genomerne af værtsvira og inficerede celler, så det er muligt, at polyntoner stammer fra virofager integreret i cellegenomet. Eksistensen af ​​en hypotetisk gruppe af vira - polynthovira - antages, som ikke kun gav anledning til polyntoner og virofager, men også til store nuklear-cytoplasmatiske DNA-holdige vira , Bidnaviridae og adenovira . Polyntovirus kan til gengæld stamme fra vira af familien Tectiviridae  - bakteriofager , der inficerer gram-negative bakterier , der trænger ind i eukaryote celler sammen med erhvervelsen af ​​mitokondrier . Tektivira erhvervede cysteinprotease og integrerede fra allerede eksisterende transposoner og blev til polyntovirus, mens polyntovirus, som mistede evnen til at danne capsider, gav anledning til polyntoner. Imidlertid er polyntovirus endnu ikke blevet påvist [19] . Det er værd at bemærke, at den bredere fordeling af polyntoner i naturen (de findes i forskellige grupper af eukaryoter , mens virofager kun findes i protistceller), deres større genetiske diversitet og langsigtede samevolution med eukaryoter indikerer, at virofager kan have udviklet sig fra polyntoner, men ikke omvendt [20] . Spørgsmålet om virofagers oprindelse forbliver således uløst.

Forholdet mellem virofager og andre mobile elementer kan illustreres ved et kladogram bygget på basis af DNA-polymerasesekvenser [21] .

Fylogeni

Opdagelsen af ​​nye virofager gjorde det muligt i 2016 at gennemføre en ny undersøgelse af virofagers fylogeni , som forfinede resultaterne af 2013-analysen. Ifølge denne undersøgelse er monofylien af ​​Sputnikvirus- slægten bekræftet , og generelt kan de fylogenetiske forhold mellem de undersøgte repræsentanter for Lavidaviridae-familien repræsenteres af følgende kladogram [5] :

MIMIVIRE

I 2016 dukkede en rapport op om opdagelsen i gruppe A mimivirus af en mekanisme, der er ansvarlig for resistens over for virophag samilon. Nøgleelementet i denne mekanisme er det genetiske system MIMIvirus VIrophage Resistant Element (MIMIVIRE), der indeholder flere inserts svarende til sekvenser fra samilon-genomet. Det er blevet foreslået, at det MIMIVIRE-baserede system fungerer på samme måde som CRISPR /Cas-systemerne, der giver beskyttelse mod vira i bakterier og arkæer: RNA'er syntetiseres fra inserts i Mimivirus-genomet , som komplementært binder til virophag-genomerne, hvilket fører til deres ødelæggelse [22] . Denne konklusion understøttes af data fra eksperimenter for at deaktivere MIMIVIRE. Denne hypotese har dog en række problemer. Det er f.eks. ikke klart, hvordan MIMIVIRE-systemet skelner inserts fra virophag-genomet ind i mimivirus-genomet fra de samme sekvenser i virophag-genomet og undgår ødelæggelse af selve mimivirusens genom. En alternativ mekanisme for MIMIVIRE-drift er blevet foreslået, som ikke er baseret på komplementære interaktioner af nukleinsyrer, men på protein-protein-interaktioner [23] .

Virofager og adaptiv immunitet

Der kendes en række tilfælde, når virofager er integreret i genomet af en kæmpe virus eller protistværtsceller. For eksempel kan Sputnik 2-genomet integreres i Mimivirus-genomet. Som nævnt ovenfor er der flere virophag-afledte inserts i genomet af chlorarachniophyte algen Bigelowiella natans . Når den marine flagellat Cafeteria roenbergensis er co -inficeret med CroV-viruset og virofagen, indsætter maviruset virofagenomet i protistgenomet i omkring 30% af de inficerede celler . Hvis cellerne, der overlevede infektionen med det indsatte mavirusgenom igen udsættes for CroV-infektion, induceres virofagemultiplikationen og ekspressionen af ​​dets gener, især på grund af aktiveringen af ​​transkriptionen af ​​mavirusinserterne af transkriptionsfaktoren kodet af CroV. Til sidst opstår der virophagpartikeldannelse, men mærkeligt nok påvirker virophagudbredelsen ikke signifikant CroV-udbredelsen. Men i sidste ende dør cellen stadig, hvilket forhindrer CroV i at formere sig yderligere i den. Den mavirus-medierede forsvarsmekanisme mod CroV-infektion kan tolkes som en form for adaptiv immunitet , hvor hukommelsen om tidligere infektioner bibeholdes i form af inserts i cellens genom. Denne idé minder om princippet om driften af ​​den adaptive immunitet af bakterier og archaea, CRISPR/Cas-systemet [21] .

Økologi

I årene, der er gået siden opdagelsen af ​​de første virofager, er vira fra denne gruppe blevet opdaget ved hjælp af metagenomics i forskellige habitater, fra dybt vand til land og i forskellige dele af kloden. Virofager findes oftere i ferskvand og bundsedimenter end i vandprøver fra dybhavsområder. Desuden er der fundet virofager i jord, is og luft. Virofager interagerer aktivt med andre mikroorganismer og kan endda påvirke deres vækst; for eksempel kan Sputnik kontrollere ikke kun amøbepopulationer, men også bakterievækst ved at regulere virulensen af ​​dens værtsvira. Ved at påvirke populationsdynamikken af ​​kæmpevirus og deres eukaryote værter kan virofager have en betydelig indvirkning på en række forskellige økosystemer [5] .

Forbindelsen mellem virofager og mennesker er endnu ikke helt klar. Kæmpevirus er blevet fundet i prøver af fækal- og lungevæv fra mennesker; desuden kan gigantiske vira inficere amøber, der lever i den menneskelige fordøjelseskanal, og sekvenser svarende til virofager er faktisk blevet identificeret i fæcesprøver. Desuden blev virofagen Sputnik 2 isoleret fra kontaktlinsevæske. Antistoffer mod Sputnik-virofagen blev fundet hos to febrile patienter, og en af ​​dem serokonverterede . Der er ingen data om virofagers potentielle patogenicitet for mennesker [5] .

Noter

  1. ↑ Taxonomy of Viruses  på webstedet International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) .
  2. ↑ Elements.ru: Vira lider også af virussygdomme (A. Markov) . Hentet 15. januar 2018. Arkiveret fra originalen 28. januar 2018.
  3. ↑ 1 2 Videnskab og liv: Viruskrige . Hentet 15. januar 2018. Arkiveret fra originalen 16. januar 2018.
  4. ↑ 1 2 Flint et al., 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.  Virophages-familien / The Exphages  . - 2016. - Bd. 8, nr. 11. - doi : 10.3390/v8110317 . — PMID 27886075 .
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Krupovic M. , Kuhn JH , Fischer MG  Et klassifikationssystem for virofager og satellitvira  // Archives of Virology. - 2016. - Bd. 161, nr. 1. - S. 233-247. - doi : 10.1007/s00705-015-2622-9 . — PMID 26446887 .
  7. ↑ En ny familie og to nye slægter til klassificering af virofager  : [ eng. ] // ICTV. — Kode tildelt: 2015.001a-kF. - 2015. - 14 s.
  8. ↑ Gazeta.ru: Den gigantiske virus er syg af Sputnik . Dato for adgang: 18. januar 2018. Arkiveret fra originalen 18. januar 2018.
  9. ↑ Abergel C. , Legendre M. , Claverie JM  The Rapidly Expanding Universe of Giant Viruses: Mimivirus , Pandoravirus , Pithovirus and Mollivirus  // FEMS Microbiology Reviews. - 2015. - Bd. 39, nr. 6. - P. 779-796. - doi : 10.1093/femsre/fuv037 . — PMID 26391910 .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Sobhy H. Virophages og deres interaktioner med kæmpe vira og værtsceller.  (engelsk)  // Proteomes. - 2018. - 22. maj ( bind 6 , nr. 2 ). - doi : 10.3390/proteomer6020023 . — 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. - Bd. 8, nr. 1. - S. 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. - Bd. 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.  Diversity of Virophages in Metagenomic Data Sets  // Journal of Virology. - 2013. - Bd. 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. - Bd. 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.  Nye virofager opdaget i en ferskvandssø i Kina  // Frontiers in Microbiology. - 2016. - Bd. 7. - S. 5. - doi : 10.3389/fmicb.2016.00005 . — PMID 26834726 .
  16. ↑ Makarov V.V.  Giruses. Sammenlignende taksonomi af afrikansk svinepestvirus i gruppen af ​​store nuklear-cytoplasmatiske deoxyribovirus  // Veterinær i dag. - 2012. - Nr. 1 . - S. 5-8 .
  17. ↑ Oh Seungdae, Yoo Dongwan, Liu Wen-Tso.  Metagenomics afslører en ny virophage-population i en tibetansk bjergsø  // Mikrober og miljøer. - 2016. - Bd. 31, nr. 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.  Genome Diversity of Marine Phages Recovered from Mediterranean Metagenomes: Size Matters  // PLoS Genetics . - 2017. - Bd. 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. - Bd. 25. - S. 59-65. - doi : 10.1016/j.coviro.2017.07.011 . — PMID 28802203 .
  20. ↑ Krupovic M., Yutin N., Koonin E. V.  Fusion of a Superfamily 1 Helicase and an Inactivated DNA Polymerase er en signatur af fælles evolutionær historie af Polintoner, Polinton-lignende vira, Tlr1-transposoner og transpovironer  // Virusudvikling. - 2016. - Bd. 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  // Current Opinion in Virology. - 2017. - Bd. 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 er et forsvarssystem i mimivirus, der giver resistens mod virofager  // Nature. - 2016. - Bd. 531, nr. 7593. - S. 249-252. - doi : 10.1038/nature17146 . — PMID 26934229 .
  23. ↑ Claverie J. M., Abergel C.  CRISPR-Cas-lignende system i kæmpe vira: hvorfor MIMIVIRE sandsynligvis ikke er et adaptivt immunsystem  // Virologica Sinica. - 2016. - Bd. 31, nr. 3. - S. 193-196. - doi : 10.1007/s12250-016-3801-x . — PMID 27315813 .

Litteratur

Links

 Subvirale partikler _