Virofágok

Virofágok

Sputnik virofág kapszid
tudományos osztályozás
Csoport:Vírusok [1]Birodalom:VaridnaviriaKirályság:BamfordviraeTípusú:PreplasmiviricotaOsztály:MaveriviricetesRendelés:PriklausoviralesCsalád:Virofágok
Nemzetközi tudományos név
Lavidaviridae
A Baltimore Csoport
I: dsDNS vírusok

A virofágok [2] [3] ( eng.  Virophages , lat.  Lavidaviridae ) olyan vírusok csoportja, amelyek csak egy másik vírus (gazdavírus) jelenlétében képesek szaporodni a sejtekben , de összetettebb genomjuk és virionjaik vannak , mint más szatellitvírusoknak [ 4] . A virofágok ikozaéderes kapszidokkal rendelkeznek , genomjukat kettős szálú DNS - molekulák képviselik . Ennek a víruscsoportnak az első képviselőit 2008-ban írták le, és 2016 végére 18 virofág genomot ismertek, amelyek közül kettőt szinte teljesen szekvenáltak . A virofágokat sokféle élőhelyen találták – az óceánok mély vizeiben és a szárazföldön; egy virofágot izoláltak a kontaktlencse folyadékból , így lehetséges, hogy a virofágok az emberi testtel is kölcsönhatásba lépnek [5] .

A virofágokat a Lavidaviridae családba javasolják besorolni , amelynek filogenetikai kapcsolatai még nem teljesen tisztázottak [5] [6] . 2018 márciusában azonban a Vírusok Taxonómiájával foglalkozó Nemzetközi Bizottság hivatalosan csak két nemzetséget és három fajt ismert el [7] .

Tanulmánytörténet

Az összes vizsgált virofágban a gazdavírus a Mimiviridae családba tartozik (azonban számos izolált virofág esetében a gazdavírus ismeretlen), így a virofágok vizsgálatának története szorosan összefügg a vizsgálat történetével. ennek az óriási víruscsaládnak [6] . 2008-ig ebben a családban csak egy képviselője volt ismert: az Acanthamoeba polyphaga mimivírus , amely az Acanthamoeba polyphaga amőbát fertőzi meg . 2008-ban a Mimiviridae család egy másik tagját írták le, amely az Acanthamoeba castellanii amőbában szaporodott, és mamavirusnak [8] nevezték el . Ugyanakkor a mamavírussal fertőzött amőbák citoplazmájában elektronmikroszkóppal sikerült azonosítani a kisméretű , körülbelül 50 nm átmérőjű virionokat (genomjuk 18 343 bázispárból állt, amelyek 21 fehérjét kódoltak ). A mamavírus vírusgyáraiban találták meg őket, amelyről az új vírust Sputniknak nevezték el [ 5 ] [ 9 ] . 

A mamavírussal és a Szputnyikkal egyidejűleg fertőzött amőbákban a keletkezett mamavírus virionok morfológiája szabálytalan volt, és csak 30%-uk volt képes más sejtekben fertőzést okozni. Mivel a Szputnyik a mamavírus vírusgyárait használta fel szaporodásához, csökkentve az utóbbi szaporodási hatékonyságát, ezért egy új víruscsoportba, a virofágokba izolálták . Azóta számos további virofágot írtak le (főleg metagenomikai adatok alapján). Hat virofágot sikerült izolálni különféle forrásokból – például vízből, talajból és még a kontaktlencsék mosásához használt folyadékból is –, amelyeket számos helyről szereztek be: Franciaországban , az USA -ban ( Texas ), Brazíliában és Tunéziában . Még nagyobb számú virofág csak genomikai adatokból ismert, és a különböző helyekről származó minták metagenomikus szűrésének eredményeiből írják le [5] .

Leírás

Minden izolált virofág kis vírus, 35–74 nm átmérőjű ikozaéderes kapszidokkal. Csak a Sputnik virofágban vizsgálták a kapszid térbeli szerkezetét ( krioelektronmikroszkóppal ). A Szputnyik virionjai 74 nm átmérőjűek, ikozaéderes kapszidja 260 pszeudohexamer és 12 pentamer kapszomerből áll , amelyek a kapszid csúcsaiban helyezkednek el. A pszeudohexamer kapszomerek monomerek trimerizálásával jönnek létre zselés tekercs segítségével . A pentamer kapszomerek központi üregekkel rendelkeznek , amelyek a bakteriofágokhoz hasonlóan a DNS-molekulák kapszidból való be- és kilépésére szolgálhatnak. A kapszid alatt 4 nm vastag lipid kettős réteg található [5] .

A virofág genomokat kettős szálú DNS-molekulák képviselik, amelyek mérete 17-30 ezer bázispár (bp), és 16-34 fehérjét kódol. Az egyes virofágok génjeinek mintegy 60%-a ismeretlen funkciójú árva gén (ORFans ) ,  vagyis nincs homológiájuk a jelenleg ismert génekkel sem. Az ismert virofág gének közül hat szinte minden virofágban megtalálható; hajlamosak kritikus szerepet játszani replikációjukban [10] . Ezek a gének közé tartoznak a nagy és kis kapszid fehérjéket kódoló gének, a DNS-csomagoló ATPázok feltételezett FtsK-HerA családjának génjei, egy cisztein-proteáz gén, egy DNS helikáz /primáz (S3H) gén és egy cinket tartalmazó fehérjét kódoló gén. szalag domain ( angolul cink-ribbon domain ). Ezenkívül számos virofág konzervált gént tartalmaz, amelyek két különböző integrázcsaládot kódolnak (a feltételezett tirozin-integrázt a Sputnik-ban és a feltételezett rve-integrázt a mavírusban és az AML-ben). Számos konzervált gén jelenléte a virofágok monofiletikus eredete mellett tanúskodik [5] .  

Sokszínűség

2016-ban a GenBank adatbázis 18 virofág teljes vagy részleges genomiális szekvenciáját tartalmazta [5] . 2017 végére 57-re nőtt a kutatók rendelkezésére álló virofágok teljes vagy részleges genomszekvenciáinak száma [11] .

A Sputnik virofág 2008-as felfedezését három másik rokon virofág leírása követte. A Sputnik 2-t 2012-ben izolálták kontaktlencsemosásból az A csoportba tartozó mimivírus Lentillevírussal kapcsolatban  . Kiderült, hogy a lentillevírus genomja tartalmaz egy integrált Sputnik 2 genomot, valamint korábban ismeretlen mobil elemeket, a transzpovironokat . A Sputnik 3-at polimeráz láncreakcióval (PCR) mutatták ki 2013-ban egy talajmintában. 2014-ben leírták a Sputnik Rio Negro nevű virofágot, amely a Samba víruson (C csoport mimivírus) parazitál. Ennek a virofágnak a kapszidja fele akkora, mint más Companions kapszidjainak (átmérője 35 nm, szemben a többi mimivírus ~70 nm-rel) [5] [12] .

Az összes jelenleg ismert műhold genomját körkörös DNS-molekulák képviselik. A Sputnik virofágban a genom 18 343 bázispárt (bp), 18 338 bázispárt tartalmaz. - a Sputnik 2-höz és ugyanez a Sputnik 3-hoz. A Sputnik Rio Negro genomja még nem elérhető. A három Companion genomja közötti különbség 10 bp-nál kisebb; mindhárom virofágban a genom alacsony GC-összetételű , mint a mimivírusokban. 20-21 nyitott leolvasási keretet ( angolul  open reading frame, ORF ) tartalmaznak, amelyek 88-779 aminosavból álló fehérjéket kódolnak (a.o.). A mimivírusok genomjából négy gén esetében találtak homológokat az eukarióták és bakteriofágok genomjában , három esetében - a mimivírusok génjei közül, egy gén pedig homológ az archaeális vírus génjével ; a fennmaradó gének nem mutatnak homológiát az ismert szekvenciákkal. A gének ilyen mozaikösszetétele azt jelzi, hogy ezek a virofágok részt vesznek a horizontális géntranszferben [5] .

A Mavirus lett a második ismert virofág. Kapszidja gömb alakú, átmérője eléri a 60 nm-t. 2010-ben izolálták Texas állam tengerparti vizeiből. Mint már említettük, a CroV vírusban parazitál , amely megfertőzi a Cafeteria roenbergensis tengeri flagellátumot . A mavírus genom egy 19 063 bp méretű, cirkuláris, kétszálú DNS, amely 20 ORF-et tartalmaz. A Szputnyikovhoz hasonlóan ennek a virofágnak a genomját alacsony GC-összetétel jellemzi. 10 nyitott leolvasási keret homológiát mutat retrovírusok , baktériumok , eukarióták és vírusok génjeivel, amelyek genomját kettős szálú DNS képviseli. A Szputnyik genomjában 4 homológ ORF-et találtak; egy kapszid fehérjét, egy feltételezett cisztein proteázt , egy feltételezett GIY-YIG endonukleázt és egy feltételezett DNS-csomagoló ATPázt kódolnak [5] .

A Zamilon virofágot 2013-ban izolálták Tunéziából származó talajmintából a C csoportba tartozó Mont1 mimivírussal együtt. A virion gömb alakú, átmérője eléri az 50-60 nm-t. A Zamilon genom egy 17 276 bp hosszúságú, körkörös DNS-molekula. alacsony GC összetételű, 20 ORF-et tartalmaz, 222-2337 bp hosszúságban. Jelentősen eltér a Szputnyik genomtól: a nukleotidok 76%-a azonos , miközben 75%-ban lefedi a Szputnyik genomot. Azonban 17 Zamilon ORF homológ a Sputnik génekkel, két ORF homológ a Megavirus chiliensis génekkel , és egy ORF homológ a Moumouvirus monve [5] . A virofágok 2016-ban javasolt osztályozása szerint a Zamilon és a Sputnik variánsaival egy Sputnikvirus nemzetségbe egyesítik (ahol a Mimivirus-dependens vírus Zamilon és a Mimivirus -dependens virus Sputnik fajt képviselik ), és a mavírust különálló vírusba izolálják. nemzetség Mavirus (faj Cafeteriavirus-dependent mavirus ) [6] .

Az első metagenomika segítségével felfedezett virofág az Organic Lake (OVL) virofág volt. 2011-ben fedezték fel az Organic Lake vízmintájában  , amely egy hipersós meromiktikus tó ( Ingrid Christensen Coast , Kelet-Antarktisz ). Ennek a virofágnak 50 nm átmérőjű gömb alakú részecskéit transzmissziós elektronmikroszkóppal detektáltuk . Az OLV genom egy cirkuláris, kétszálú DNS-molekula, amely 26 421 bp-t tartalmaz. és GC összetétele 36,5%. Feltételezhető, hogy 24 fehérjét kódol az OLV genom, amelyek közül hat homológ a Sputnik fehérjékkel. Ezek közé tartozik egy kapszid fehérje, egy DNS-csomagoló ATPáz, egy feltételezett DNS polimeráz / primáz és három ismeretlen funkciójú fehérje [5] .

2012–2014-ben a Yellowstone -tó vizeinek metagenomikai elemzése során hét virofág teljes genomiális szekvenciáját kapták, amelyeket Yellowstone Lake virofágoknak (YSLV, lehetséges orosz neve Yellowstone Lake virofágok) neveztek el. Genomjuk 22-29 ezer bp; különösen az YSLV1 virofág genomhossza 27849 bp. 26 ORF-vel az YSLV2 23 184 bp. 21 ORF-vel az YSLV3 27 050 bp-val rendelkezik. 23 ORF-vel az YSLV4 28306 bp. c 34 ORF [5] [13] . A GC összetétele YSLV1 esetében 33,4%, YSLV2 esetében 33,6%, YSLV3 esetében 34,9%, YSLV4 esetén 37,2%. Egy 2013-ban végzett előzetes kladisztikus elemzés eredményei szerint az akkor ismert 4 YSLV virofág egyetlen kládot alkotott  - a Szputnik testvércsoportját , és az ALM virofág a mavírussal együtt egy másik kládba került [13] . 2014-ben további 3 virofágot fedeztek fel az YSLV csoportból; ez az YSLV5, amelynek genom hossza 29 767 bp. és 32 ORF, YSLV6 (24 837 bp és 29 ORF) és YSLV7 (23 193 bp és 26 ORF). Az YSLV5 virofágban a GC összetétele 51,1% (ami jóval magasabb, mint a csoport többi virofágjában), az YSLV6-ban 26,8%, az YSLV7-ben 27,3% [14] .

A Phaeocystis globosa vírus (PgV) parazitáló virofág genomját 2013-ban fedezték fel Hollandia part menti vizeinek metagenomikai elemzése során, a PgV genom PgV-16T láncának összeállítása során. Ennek a virofágnak ( Phaeocystis globosa vírussal asszociált virofág , PgVV) genomjában 16 ORF-et jósoltak meg, amelyek többsége nem homológ egyik ismert szekvenciával sem. Három endonukleázt, egy feltételezett DNS-polimerázt és egy primázt kódoló ORF homológ a mavírus génekkel, és egy ORF homológ az OLV génnel. Lehetséges, hogy ez a virofág elvesztette strukturális génjeit, mivel a gazdavírus (PgV) csak vírusrészecskéi találhatók a Phaeocystis globosa haptofita alga fertőzött sejtjeiben. Feltételezték, hogy a PgVV virofág lineáris plazmidként vagy provirofágként létezik a gazdavírus genomjába integrálva [5] [6] .

2013-ban publikálták egy virofág szinte teljes genomszekvenciáját, az Ace Lake Mavirus (ALM) nevet .  Az antarktiszi Ace Lake vízmintájából nyerték. Ennek a virofágnak a genom hossza 17767 bp, alacsony GC összetételű (26,7%) és 22 ORF-et tartalmaz, amelyek közül 14-nek van homológja a mavírus ORF-ei között [5] .

2015-ben adatokat tettek közzé egy Zamilon-szerű virofág genomjának jelenlétéről egy nem szellőztetett bioreaktorban . Az új virofág a Zamilon 2 nevet kapta. Ugyanebben az évben információk jelentek meg a virofágokhoz hasonló nukleotidszekvenciák jelenlétéről az állatok, köztük az emberek emésztőrendszerében [5] .

Ugyanebben az évben megállapították, hogy a Bigelowiella natans chlorarachniophyte alga maggenomja a virofág genomoknak megfelelő aktívan átírt inszerteket tartalmaz. Ezen túlmenően ennek az algának a genomja a Megavirales rend vírusaiból származó szekvenciákat , valamint a transzpovironokhoz hasonló ismétlődő elemeket tartalmaz. Lehetséges, hogy ez az alga virofág inszerteket szerzett a vírusok elleni molekuláris fegyverként [5] .

2016-ban egy új virofágcsoportot fedeztek fel a sanghaji ( Kína ) mesterséges Dishui tó vizének elemzése során. Megkaptuk a Dishui Lake virofág (DSLV1) teljes genomiális szekvenciáját. Genomja egy 28 788 bp hosszúságú, körkörös, kétszálú DNS. 43,2%-os GC-összetétellel és 28 ORF-vel. Ugyanezen mintákban az OLV-vel rokon virofágok és az YSLV-csoport virofágjainak szekvenciáit azonosították [15] . Ugyanebben az évben egy új virofágot írtak le a kínai Qinghai tartományban található Kukunor hegyi tó plankton mikrobiális közösségének tanulmányozása során . A Qinghai Lake virophage nevet kapta (QLV, egy lehetséges orosz név a Qinghai Lake virophage). A QLV genom 23379 bp hosszú, GC összetétele 33,2%, és 25 ORF-et tartalmaz, amelyek közül 7-11 ORF homológ az YSLV csoport OLV-einek és virofágjainak génjeivel, míg a többi a QLV-kre specifikus. Ugyanezen mintákban a phycodnavirusok ( Phycodnaviridae ) [16] szekvenciáihoz közeli szekvenciákat mutattak ki , amelyek nyilvánvalóan ennek a virofágnak a gazdái [17] .

2017 -ben elvégezték a Med-OCT2015-2000m virofág genomiális szekvenciájának metagenomikus összeállítását , amelyet 2015-ben fedeztek fel a Földközi-tengerből származó vízmintákban (az első virofág, amelyet mélytengeri vizekben találtak). Genomjának hossza 30 521 bp volt. 35 ORF-el. A megszerkesztett filogenetikai fán ez a virofág kládot alkotott az YSLV5 virofággal, bár mindkét virofág nagymértékben különbözik a GC összetételében (27,7%, illetve 51,1%) [18] .

Ezzel egyidejűleg 17 új virofág teljes (vagy majdnem teljes) genomiális szekvenciáját szerezték be az USA-beli Wisconsin -tavakból: 9-et a Mendota Lake-ből és 8-at a Trout Bog Lake- ből . Feltételezzük, hogy ezekben a virofágokban a teljes genom hossza 13,8-25,8 ezer bp, és 13-25 ORF-et tartalmaz. A kapott genomi szekvenciák meglehetősen változatosak: a rekonstruált filogenetikai fán a Trout Bog Lake virofágjai 3 klasztert alkotnak (a Szputnyikvírussal és az YSLV7 és YSLV5 virofágokkal együtt), míg a Mendota-tó virofágjainak többsége az OLV virofágok csoportjába tartozik. QLV , DSLV1 és az YSLV csoport legtöbb virofágja, bár az egyikről kiderül, hogy a Sputnikvirus testvércsoportja , egy másik pedig a Mavirus és az ALM kládjának testvércsoportja [11] .

A virofág kapszid fehérjét kódoló gének szekvenciáihoz hasonló nagyszámú szekvenciát azonosítottak a tavak (beleértve az antarktiszi tavakat), folyók és kis édesvízi tavak mikrobiális közösségeinek metagenomikus elemzése során. Megtalálták az eleveniszap, édesvízi fenéküledékek, különféle állatok emésztőrendszerének, tengeri és szennyvizek metagenomikai elemzésében is. Ezek az adatok a virofágok rendkívüli prevalenciájáról és nagy változatosságáról tanúskodnak [5] .

Van egy olyan álláspont, hogy a virofágokat a szatellitvírusok részének kell tekinteni . A fő érv e hipotézis mellett az a tény, hogy a jelenleg izolált virofágok nem tudnak szaporodni a sejtekben a gazdavírus hiányában. Másrészt a virofágok sokkal összetettebbek, mint a szatellitvírusok, amelyek valójában szubvirális ágensek [4] . Az ismert virofágok egy független Lavidaviridae családhoz tartoznak (Lavida: LArge Virus-Dependent or Associated virus) [5] [6] .

Életciklus

Valószínűleg az összes virofág az óriási vírusok vírusgyáraiban él, amelyekben átíródnak és replikálódnak. A virofágok gazdasejtbe való bejutásának módja a legtöbb esetben ismeretlen [10] . Az életciklust és a gazdavírusra gyakorolt ​​hatást csak egyetlen virofág, a Sputnik tanulmányozta részletesen. A virofágok önmagukban nem okozhatnak fertőzést az amőbákban , és szaporodásukhoz szigorúan gazdavírusgyár szükséges. Az összes jelenleg ismert virofág óriási vírusokon parazitál [5] .

Feltételezhető, hogy a Szputnyik virionok túl kicsik ahhoz, hogy az amőba fagocitizálni tudja őket , ezért egy másik mechanizmusra van szükség ahhoz, hogy a virofág bejusson a sejtbe. Röviddel az amőbába való behatolás előtt a Szputnyik az R135 fehérje segítségével a mamavírus felszínén lévő fibrillákhoz kapcsolódik, és az így létrejövő komplexet az amőba fagocitálja. Ahogy az várható volt, a fibrilláktól mentes mimivírusfajták rezisztensek a Szputnyik ellen [5] .

A fertőzés után 1-2 órával endocitikus vakuolák figyelhetők meg az amőba citoplazmájában . Ezután 2-4 órán belül megtörténik a vírusgenomok replikációja és a vírusfehérjék szintézise. A Szputnyik és a Mimivírus replikációja a citoplazma jól elkülöníthető sűrű zónáiban történik, a sejtmagtól eltérő – vírusgyárakban. Ebben a szakaszban még mindig lehetetlen látni vagy izolálni a virofág részecskéket [5] .

A virofág virionjainak képződése a vírusgyár egyik pólusán kezdődik, még a Mimivirus virionok kialakulása előtt. Ritka esetekben lehetőség van vírusgyárak megfigyelésére a fertőzött sejtekben, amelyek csak virofág részecskéket és csak mimivírus részecskéket termelnek. 16 órával a fertőzés után az amőba teljesen megtelik Sputnik és Mimivirus részecskékkel; a virionok szabadon elhelyezkedhetnek a citoplazmában, vagy felhalmozódhatnak amőba vakuólumokban. Egy nappal a fertőzés után a fertőzött amőbák több mint kétharmada lízisen megy keresztül , aminek következtében a virofág és a mimivírus újonnan szintetizált részecskéi szabadulnak fel [5] .

A Szputnyiktól eltérően, amely sokféle mimivíruson képes parazitálni, a 2014-ben leírt Zamilon virofág csak B és C csoportú mimivírusok (amelyeket a Moumouvirus és Megavirus chiliensis jellemez ): A csoportú mimivírusok (amelyek közé tartozik a Mimivirus) jelenlétében is képes szaporodni. és Mamavirus ) ellenállnak neki. A virofág mavírus [3] ( Mavirus ) a Cafeteria roenbergensis tengeri flagellátumban csak a Cafeteria roenbergensis vírus (CroV) óriás jelenlétében szaporodik, amely a Mimiviridae család tagja. A Sputniktól eltérően a mavírus endocitózisa a CroV endocitózistól függetlenül történik (valószínűleg klatrin által közvetített endocitózison keresztül) [5] [12] .

Kölcsönhatás gazdavírussal és sejttel

Kimutatták, hogy a szamilon virofág replikációja szignifikánsan megnövekedett három Mimivirus gén elnémítása után : R349 (ubiquitin ligáz HECT doménnel [ en ] ) R350 ( ATP- kötő fehérje helikáz aktivitással) és R354 ( DNS-kötő fehérje nukleázaktivitással ) . Normál körülmények között a zamilon nem tudja felhasználni a Mimivirus vírusgyárakat szaporodásra, valószínűleg a MIMIVIRE néven ismert Mimivirus védelmi rendszer aktivitása miatt (lásd alább . Azt találták, hogy a virofág mavírus genomja beépülhet a gazdaszervezet genomjába A CroV által okozott fertőzés aktiválja a mavírust, és a sejtlízis után a CroV virionok és a mavírus virionok is kijönnek [ 10] .

2017-ben több virofág proteomjának elemzését is elvégezték, melynek során ismert funkciójú motívumokat kerestek virofág fehérjékben. Két virofág proteomja fehérjeösszetételének hasonlóságát a Spearman korrelációs koefficiens segítségével értékeltük . Kiderült például, hogy az YLV5 és a DSLV virofágok proteomjai funkcionálisan a leginkább hasonlóak, ezért ezek a virofágok valószínűleg ugyanazokat a jelátviteli kaszkádokat váltják ki a gazdasejtben. Valószínű az is, hogy az OLV és YLV6 virofágok, valamint a zamilon és a QLV hasonló sejtes választ okoznak. A legerősebb funkcionális értékeket a Sputnik 2 és a Sputnik 3 proteomjai között figyelték meg. Feltételezhető, hogy a különböző virofágok genomjában található hasonló szekvenciák egy közös őstől vagy a közeli rokon gazdaszervezetek genomjából származnak (a horizontális géntranszfer miatt ) [10] .

A funkcionális motívumok keresése azt mutatta, hogy a szamilon virofág fehérjék körülbelül 70%-a rendelkezik SUMO - kötő motívummal, míg a Szputnyik fehérjék körülbelül 38%-a rendelkezik ezzel a motívummal. Mivel a SUMO fehérje kovalens kapcsolódása az egyik leggyakoribb poszttranszlációs módosulás , feltételezhető, hogy a poszttranszlációs módosítások kulcsszerepet játszanak a szamilon replikációjában. Valószínű, hogy a poszttranszlációs módosulások, valamint a mimivírus kapszid fibrillumai kulcsszerepet játszanak a Szputnyik szaporodásának elnyomásában. Ha a fibrillális fehérjéket kódoló géneket kiütjük, akkor megindul a virofág aktív szaporodása. Ezen kívül ITAM (  Immunoreceptor tyrosine-based activation motifs ) motívumokat találtak a Sputnik és Mavirus fehérjékben, de a  zamilon , PgVV és QLV fehérjékben nem. Az ITAM-motívumok számos vírus fehérjéjében jelen vannak, és az immunválasz elkerülésével, az apoptózis elnyomásával és egyes sejtek rosszindulatú átalakulásával járnak együtt. Egyik PgVV fehérje sem tartalmaz nukleáris lokalizációs jelet ( NLS ), míg a szamilon NLS csak egy fehérjét tartalmaz. Valószínűleg a virofágok alternatív útvonalakat használnak a sejtmagba való bejutáshoz , és a PgVV valószínűleg csak a citoplazmatikus vírusgyárban replikálódik [10] .  

Eredet

A virofágok markáns hasonlóságot mutatnak a mozgékony elemek egy speciális csoportjával - a polintonokkal . A polintonok a transzponálható elemek szokatlan csoportját alkotják, mivel saját polimerázukkal és integrázukkal megkettőzhetők (innen a név: POLymerase-INTegrase-ON). A polintonokat és virofágokat DNS képviseli, hasonló méretűek, és számos közös eredetű génjük van: nagy és kis kapszid fehérje, ATPáz, amely a DNS kapszidba csomagolására szolgál, valamint a virionok érésében részt vevő proteáz. A virofágok és polintonok kapszid fehérjéi azonban jelentősen eltérnek egymástól. A polintonok és virofágok közötti hasonlóságok egy része a horizontális géntranszferrel és a konvergens evolúcióval magyarázható , azonban a filogenetikai és genomikai vizsgálatok adatai meggyőzően jelzik eredetük közösségét [19] .

Az a kérdés, hogy mi volt a polyntonok és virofágok közös őse - a modern polyntonokhoz hasonló mozgékony elem volt, vagy vírus -, nem sikerült véglegesen megválaszolni. Az egyik hipotézis szerint a virofágok a "szökött" polyntonok leszármazottai. Ezzel a hipotézissel szemben áll az a tény, hogy az óriásvírusok szükségesek a virofágok szaporodásához, de nem a polyntonok szaporodásához, és nem valószínű, hogy ezt a tulajdonságot a virofágok a semmiből megszerezték. Érdemes megjegyezni, hogy a virofág Mavirus hét gént oszt meg a polintonokkal, és csak három gént más virofágokkal, ezért közelebb van a polintonokhoz, mint a többi virofághoz. Ez a tény amellett szól, hogy a vírusoktól a mobil elemekig génáramlat volt, és ez a vírus volt a virofágok és polintonok közös őse. A virofágok gazdavírusok és fertőzött sejtek genomjába történő integrációjára számos példa ismert, így lehetséges, hogy a polintonok a sejtgenomba integrált virofágokból származnak. Feltételezik a vírusok egy hipotetikus csoportja – a polyntovírusok – létezését, amelyek nemcsak polyntonokat és virofágokat, hanem nagy sejtmag-citoplazmatikus DNS-tartalmú vírusokat , Bidnaviridae és adenovírusokat is eredményeztek . A polintovírusok pedig a Tectiviridae család vírusaiból származhatnak  - bakteriofágok , amelyek megfertőzik az eukarióta sejtekbe bejutott gram-negatív baktériumokat a mitokondriumok megszerzésével együtt . A tektivírusok cisztein-proteázt és integrázt a már létező transzpozonokból szereztek be, és polintovírusokká váltak, míg a kapszidképző képességüket elvesztő polyntovírusok polintonokat hoztak létre. A polyntovírusokat azonban még nem mutatták ki [19] . Érdemes megjegyezni, hogy a polintonok szélesebb elterjedése a természetben (az eukarióták különböző csoportjaiban találhatók meg , míg a virofágok csak a protisták sejtjeiben), nagyobb genetikai sokféleségük és az eukariótákkal való hosszú távú koevolúciójuk azt jelzi, hogy a virofágok az eukariótákból alakulhattak ki. polyntonok, de nem fordítva [20] . Így a virofágok eredetének kérdése továbbra is megoldatlan.

A virofágok kapcsolata más mobil elemekkel egy DNS polimeráz szekvenciák alapján felépített kladogrammal szemléltethető [21] .

Phylogeny

Az új virofágok felfedezése 2016-ban lehetővé tette a virofágok törzsfejlődésének új vizsgálatát , amely finomította a 2013-as elemzés eredményeit. A tanulmány szerint a Sputnikvirus nemzetség monofíliája igazolt, és általában a Lavidaviridae család vizsgált képviselői közötti filogenetikai kapcsolatokat a következő kladogrammal lehet ábrázolni [5] :

MIMIVIRE

2016-ban jelentés jelent meg az A csoportba tartozó mimivírusokban egy olyan mechanizmus felfedezéséről, amely felelős a szamilon virofággal szembeni rezisztenciáért. Ennek a mechanizmusnak a kulcseleme a MIMIvirus VIrophage Resistant Element (MIMIVIRE) genetikai rendszer, amely több, a szamilon genomból származó szekvenciáknak megfelelő inszertet tartalmaz. Feltételezték, hogy a MIMIVIRE-alapú rendszer hasonlóan működik, mint a CRISPR /Cas rendszerek, amelyek védelmet nyújtanak a baktériumok és archaeák vírusai ellen: RNS -eket szintetizálnak a Mimivirus genom inszertjeiből , amelyek komplementer módon kötődnek a virofág genomokhoz, ami azok elpusztulásához vezet. [22] . Ezt a következtetést alátámasztják a MIMIVIRE letiltására irányuló kísérletek adatai. Ennek a hipotézisnek azonban számos problémája van. Nem világos például, hogy a MIMIVIRE rendszer hogyan különbözteti meg a virofág genomból a mimivírus genomba behelyezett inszerteket a virofág genom azonos szekvenciáitól, és hogyan kerüli el magának a mimivírus genomjának pusztulását. A MIMIVIRE működésének egy alternatív mechanizmusát javasolták, amely nem a nukleinsavak komplementer kölcsönhatásán, hanem fehérje-fehérje kölcsönhatásokon alapul [23] .

Virofágok és adaptív immunitás

Számos olyan eset ismert, amikor a virofágok beépültek egy óriási vírus vagy protiszta gazdasejtek genomjába. Például a Sputnik 2 genom integrálható a Mimivírus genomjába. Mint fentebb említettük, a Bigelowiella natans chlorarachniophyte alga genomjában számos virofág eredetű inszert található . Amikor a Cafeteria roenbergensis tengeri flagellátumot a CroV vírussal és a virofággal együtt fertőzik, a mavírus a fertőzött sejtek körülbelül 30%-ában beépíti a virofág genomot a protisták genomjába . Ha az inszertált mavírus genommal való fertőzést túlélő sejtek ismét CroV fertőzésnek vannak kitéve, akkor a virofágok szaporodása és génjeinek expressziója indukálódik, különösen amiatt, hogy a mavírus inszertek transzkripcióját aktiválja az általa kódolt transzkripciós faktor . CroV. Végül megtörténik a virofág részecskék képződése, azonban érdekes módon a virofágok szaporodása nem befolyásolja jelentősen a CroV terjedését. A sejt azonban végül mégis elpusztul, ami megakadályozza, hogy a CroV tovább szaporodjon benne. A CroV fertőzés elleni mavírus által közvetített védekezési mechanizmus az adaptív immunitás egy formájaként értelmezhető , amelyben a korábbi fertőzések emléke a sejt genomjában inszertek formájában megmarad. Ez az elképzelés a baktériumok és archaeák adaptív immunitásának működési elvére, a CRISPR/Cas rendszerre emlékeztet [21] .

Ökológia

Az első virofágok felfedezése óta eltelt években ebbe a csoportba tartozó vírusokat metagenomika segítségével mutatták ki különböző élőhelyeken, a mélyvíztől a szárazföldig, és a Föld különböző részein. A virofágok gyakrabban találhatók édesvízben és fenéküledékekben, mint a mélytengeri területekről származó vízmintákban. Ezenkívül virofágokat találtak a talajban, a jégben és a levegőben. A virofágok aktívan kölcsönhatásba lépnek más mikroorganizmusokkal, és még a növekedésüket is befolyásolhatják; például a Szputnyik nem csak az amőbapopulációkat tudja szabályozni, hanem a baktériumok növekedését is a gazdavírusok virulenciájának szabályozásával . Az óriási vírusok és eukarióta gazdáik populációdinamikájának befolyásolásával a virofágok jelentős hatást gyakorolhatnak számos ökoszisztémára [5] .

A virofágok és az ember közötti kapcsolat még nem teljesen tisztázott. Óriási vírusokat találtak emberi széklet- és tüdőszövetmintákban ; ráadásul az óriásvírusok megfertőzhetik az emberi emésztőrendszerben lakó amőbákat, és a virofágoknak megfelelő szekvenciákat valóban azonosították a székletmintákban. Ezenkívül a Sputnik 2 virofágot izolálták a kontaktlencse folyadékból. Két lázas betegnél találtak a Szputnyik virofág elleni antitesteket , és egyikük szerokonvertált . Nincsenek adatok a virofágok potenciális patogenitásáról emberre [5] .

Jegyzetek

  1. ↑ Vírusok taxonómiája a Vírusok  Taxonómiájának Nemzetközi Bizottsága (ICTV) honlapján .
  2. ↑ Elements.ru: A vírusok is szenvednek vírusos betegségekben (A. Markov) . Letöltve: 2018. január 15. Az eredetiből archiválva : 2018. január 28..
  3. ↑ 1 2 Tudomány és élet: Vírusok háborúja . Letöltve: 2018. január 15. Az eredetiből archiválva : 2018. január 16..
  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.  Viruses  / Virophages család - 2016. - Kt. 8, sz. 11. - doi : 10.3390/v8110317 . — PMID 27886075 .
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Krupovic M. , Kuhn JH , Fischer MG  A Virophages and Satellite Viruses osztályozási rendszere  // Archives of Virology. - 2016. - Kt. 161. sz. 1. - P. 233-247. - doi : 10.1007/s00705-015-2622-9 . — PMID 26446887 .
  7. ↑ Egy új család és két új nemzetség a virofágok osztályozására  : [ eng. ] // ICTV. — Hozzárendelt kód: 2015.001a-kF. - 2015. - 14 p.
  8. ↑ Gazeta.ru: Az óriásvírus beteg a Szputnyiktól . Hozzáférés dátuma: 2018. január 18. Az eredetiből archiválva : 2018. január 18.
  9. ↑ Abergel C. , Legendre M. , Claverie JM  . Az óriásvírusok gyorsan bővülő univerzuma: Mimivírus , Pandoravírus , Pithovírus és Mollivírus  // FEMS Microbiology Reviews. - 2015. - Kt. 39. sz. 6. - P. 779-796. - doi : 10.1093/femsre/fuv037 . — PMID 26391910 .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Sobhy H. Virofágok és kölcsönhatásaik óriási vírusokkal és gazdasejtekkel.  (angol)  // Proteómák. - 2018. - május 22. ( 6. évf . 2. sz .). - 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. - Kt. 8, sz. 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. - Kt. 9, sz. 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.  Virofágok sokfélesége metagenomikus adatkészletekben  // Journal of Virology. - 2013. - Kt. 87. sz. 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. - Kt. 89. sz. 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.  Új virofágokat fedeztek fel egy édesvízi tóban Kínában  // Frontiers in Microbiology. - 2016. - Kt. 7. - P. 5. - doi : 10.3389/fmicb.2016.00005 . — PMID 26834726 .
  16. ↑ Makarov V. V.  Giruszok. Az afrikai sertéspestis vírusának összehasonlító taxonómiája a nagy sejtmag-citoplazmatikus dezoxiribovírusok csoportjában  // Veterinary today. - 2012. - 1. sz . - S. 5-8 .
  17. ↑ Oh Seungdae, Yoo Dongwan, Liu Wen-Tso.  A metagenomika új virofág populációt tár fel egy tibeti hegyi tóban  // Mikrobák és környezetek. - 2016. - Kt. 31. sz. 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. - Kt. 13. sz. 9. - P. e1007018. - doi : 10.1371/journal.pgen.1007018 . — PMID 28945750 .
  19. ↑ 1 2 Campbell S. , Aswad A. , Katzourakis A.  A virofágok és polintonok eredetének szétválasztása  // Current Opinion in Virology. - 2017. - Kt. 25. - P. 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 Inactive DNA Polymerase is a Signature of Common Evolutionary History of Polintons, Polinton-Like Viruses, Tlr1 Transposons and Transpovirons  // Virus Evolution. - 2016. - Kt. 2, sz. 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. - Kt. 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.  A MIMIVIRE is a Defense system in mimivirus that confers resistance to virophage  // Nature. - 2016. - Kt. 531. sz. 7593. - P. 249-252. - doi : 10.1038/nature17146 . — PMID 26934229 .
  23. ↑ Claverie J. M., Abergel C.  CRISPR-Cas-szerű rendszer óriásvírusokban: miért nem valószínű, hogy a MIMIVIRE adaptív immunrendszer  // Virologica Sinica. - 2016. - Kt. 31. sz. 3. - P. 193-196. - doi : 10.1007/s12250-016-3801-x . — PMID 27315813 .

Irodalom

Linkek

 Szubvírusos részecskék _