Novoobjavené veľké fágy stierajú hranicu života/neživota

Nová štúdia publikovaná v časopise Príroda ukazuje, že existujú doslova stovky vírusov, ktoré sú dostatočne veľké na to, aby pohltili baktérie, a s vlastnosťami, ktoré sú typické skôr pre živý organizmus než neživé samoreplikujúce sa balíky DNA/RNA, za ktoré sa často predpokladá, že sú vírusy.

Tieto vírusy sa nazývajú bakteriofágy - doslova jedákov baktérií - a skrátene fágov. Zatiaľ čo fágy existujú už nejaký čas, tieto nové fágy sú prekvapujúce z hľadiska veľkosti a biologicky zložitých systémov. Mnohé z ich génov sa zvyčajne nachádzajú v baktériách a slúžia na napadnutie hostiteľských baktérií.

Proces

Kde vedci našli tieto vzácne obrovské fágy? Pórovali v rozsiahlej databáze sekvencií DNA získavaných zo širokej a rozmanitej škály prostredí na Zemi. Týchto takmer 30 mikrobiómov pokrývalo spektrum horúceho prameňa v Tibete, prostredníctvom bioreaktorov v Južnej Afrike, do čreva ženy, ktorá nosí v lone dieťa. K ďalším lokalitám patria podzemné diery, oceány, jazerá, a črevo predčasne narodeného dieťaťa.

Vedkyňa Jill Banfieldová to robí viac ako desať a pol roka. Spracuje sekvencie všetkých bitov DNA v akejkoľvek vzorke, ktorú dostane z miesta na Zemi. Potom spojí časti skladačky a získa genómovú sekvenciu.

Väčšinou, dostane návrh genómu, ale niekoľko bolo potvrdených ako genómy úplne nových mikróbov. Niektoré z týchto mikróbov sú regulované malými genómami, ktoré naozaj, Zdá sa, že nie je schopný samostatne udržať život, a namiesto toho sú úplne závislí od iných foriem života, totiž archea a baktérie.

Fágy s veľkým genómom

Bolo to pred rokom, keď oznámila nález veľkých fágov, ktorú nazvala Lak fágy, v ľudskom čreve a ústach. Tieto fágy požierajú baktérie v slinách a v čreve.

V novom liste, uvádza izoláciu viac ako 350 veľmi veľkých fágov s genómami, ktorými sú v dĺžkach 200, 000 základní, štyrikrát väčšie ako priemerná genetická sekvencia akéhokoľvek doposiaľ známeho bakteriofága (50 kb). Banfieldove komentáre, „Skúmame mikrobiómy Zeme, a niekedy sa objavia nečakané veci. “

Zatiaľ najväčší sekvenovaný genóm má ohromujúcich 735, 000 párov báz, čo je asi 15 -násobok veľkosti priemerného fágového genómu, a v skutočnosti výrazne väčšie ako mnohé bakteriálne genómy. Môžu však byť aj väčšie, pretože doteraz sekvenovali iba 175 týchto veľkých fágov.

Zobrazenie obrovských fágov (červené, vľavo) a normálne fágy infikujúce bakteriálnu bunku. Obrovský fág vstrekuje svoju DNA do hostiteľskej bunky, kde proteíny Cas - súčasť imunitného systému CRISPR, ktorý sa zvyčajne nachádza iba v baktériách a archeach - manipulujú s reakciou hostiteľskej bunky na iné vírusy. Tím UC Berkeley ešte neodfotil žiadne obrovské fágy, všetky sú teda zobrazené tak, že sa podobajú najbežnejšiemu typu fága, T4. Obrazový kredit:UC Berkeley obrázok s láskavým dovolením laboratória Jill Banfield

Bľabot fágov

Tieto veľké fágy boli zaradené do desiatich kladov alebo skupín. Každý z nich bol pomenovaný „Veľký fág“, hoci používa rôzne jazyky, alebo rôzne slová v rovnakom jazyku. Ide o jazyky krajiny pôvodu výskumných pracovníkov. Existuje teda klad Mahafága, Biggiephage, judafág, Kaempephage, Dakhmphage, Jabbarphage a Kabirphage, ako aj Enormephage, Whopperphage, a klad Kyodaiphage - v sanskrte, Austrálska angličtina, Čínština, Dánčina, Arabčina (ďalšie tri), Francúzsky, Americká angličtina, a Japonci!

Bakteriálne zbrane vo vírusoch?

Bakteriálne gény v týchto fágoch obsahujú niektoré prvky CRISPR, segmenty kódujúce proteín na úpravu génov, ktoré používajú baktérie na odolnosť proti vírusovým útokom. Vedci sa domnievajú, že tieto prvky sa majú stať súčasťou systému CRISPR hostiteľa, posilnenie baktérií odolávať iným vírusom, aby si tieto veľké fágy mohli nerušene vychutnávať jedlo. Ďalší výskumník, Basem Al-Shayeb, vysvetľuje, že tieto fágy používajú tento systém vo svoj vlastný prospech, „podnecovať vojnu medzi týmito vírusmi“.

Ďalším fascinujúcim prvkom v jednom z týchto nových fágov je proteín, ktorý hrá rovnakú úlohu ako proteín Cas-9, je neoddeliteľnou súčasťou široko používaného nástroja na úpravu génov CRISPR-Cas9, ktorý prvýkrát predstavili Doudna a Charpentier. Tento nový proteín sa nazýva CasØ - písmeno Ø, alebo phi (v gréčtine), je symbolom fága. Toto je časť rodiny Cas-12, ale tieto fágy majú aj ďalšie bakteriálne prvky CRISPR, ako je Cas-9, Cas-X, a Cas-Y proteíny.

Niektoré z týchto fágov majú tiež veľmi veľké polia CRISPR. To sa týka prítomnosti polí zložených z vírusových fragmentov DNA, pamäťové polia, ktoré umožňujú rýchle rozpoznanie opakovaného útoku ktorýmkoľvek z týchto vírusov. Toto, zasa spúšťa okamžité reakcie Cas, umožnenie špecifického zacielenia na tieto vírusy.

Život alebo neživot?

Ďalším prekvapujúcim zistením bol výskyt génov kódujúcich ribozomálne proteíny. Ribozóm je bunková organela, ktorá číta mRNA a používa ju na výrobu špecifických bielkovín. Toto je jeden z prvých výskytov ribozomálnych génov vo vírusoch.

Našli tiež gény, ktoré kódujú prenos RNA, čo sú molekuly, ktoré zachytávajú správne aminokyseliny, ktoré majú byť začlenené do proteínovej sekvencie. Pre tRNA existujú regulačné gény, gény na zapnutie procesu syntézy bielkovín, a dokonca aj niekoľko ribozomálnych segmentov. Tieto gény sa nachádzajú iba v životných formách, pretože súvisia s výrobou proteínových zložiek - čo je na rozdiel od toho, čo dokáže akýkoľvek iný vírus, a čo je schopnosť, ktorá hlása život.

Vyšetrovateľ Rohan Sachdeva hovorí, že toto je „jedna z hlavných definičných vlastností, ktoré oddeľujú vírusy a baktérie, neživot a život. “Hovorí tomu„ trochu zmazať hranicu “.

Prečo sú tam tieto gény? Vedci si myslia, že by mohli byť použité na únos ribozómov, aby sa začala replikovať skôr vírusová ako hostiteľská bakteriálna bielkovina. Ďalším zistením je prítomnosť alternatívnych genetických kódov, alebo použitie viac ako jedného genetického kódu na označenie tej istej aminokyseliny. Táto funkcia môže dobre vyradiť bakteriálny ribozóm z cesty a oklamať ho skôr v dekódovaní vírusovej RNA než vlastnej RNA hostiteľa.

Dôsledky

Objavenie nových nástrojov používaných v boji medzi baktériami a vírusmi ponúka veľa možností na nájdenie nových nástrojov na úpravu génov. Mnoho z nových génov sa ešte musí preskúmať pre svoje funkcie, a môže sa stať, že tieto nové proteíny budú nápomocné pri rôznych aplikáciách v priemysle, lekárske vedy, alebo v poľnohospodárstve.

Existujú nebezpečenstvá, tiež. Vírusy prenášajú gény z jednej baktérie do druhej - niektoré z nich môžu byť zodpovedné za rezistenciu na antibiotiká alebo za virulenciu (schopnosť spôsobovať choroby). Táto vlastnosť novoobjavených fágov by mohla znamenať, že existuje riziko prenosu niektorých z týchto škodlivých génov do ľudského mikrobiómu, pretože fágy sa vyskytujú popri baktériách.

Pretože počet génov nesených týmito veľkými fágmi je výrazne vyšší ako bežné fágy, majú väčšiu schopnosť pohybovať sa okolo génov, ktoré môžu zraniť iné bunky. Na druhej strane, to zvyšuje riziko, že niektoré z týchto génov budú získané génmi v ľudskom prostredí.

Záver

Dokopy, vedci sú fascinovaní prítomnosťou fágov s obrovskými genómami v rôznych mikrobiómoch na celej Zemi. Vzťah medzi týmito veľkými fágmi sa interpretuje tak, že pochádzajú zo starodávnej rodiny vírusov veľkého genómu.

Hovorí Banfield, „Mať veľké genómy je jednou z úspešných stratégií existencie. Tieto vírusy baktérií sú súčasťou biológie, replikujúcich sa entít, o ktorých vieme veľmi málo. “

Pravdaže. Tieto fágy majú takú veľkosť, že sa hodia niekde do medzery medzi archeami (najskoršími príbuznými baktérií), a obyčajné fágy, ktoré vyzerajú ako neživé veci. Banfield ich opisuje ako „úspešné stratégie existencie, ktoré sú hybridmi medzi tým, čo si myslíme ako tradičné vírusy a tradičné živé organizmy“.

• Nezvyčajne veľké,
• Mikrobióm vo vrstve pokožky je rovnaký bez ohľadu na vek a pohlavie