Вирус удаляет ген, чтобы восстановить репликацию

Генетическая потеря одного вируса может стать его эволюционным преимуществом, как показало новаторское исследование Университета Небраски-Линкольна.

Исследование предоставляет одни из самых чётких на сегодня экспериментальных доказательств того, что потеря гена может повысить эволюционную приспособленность — в данном случае, помогая вирусу восстановить способность к репликации.

Мэтт Уиби, Аннабель Олсон и их коллеги из Небраски обнаружили этот неожиданный эффект после удаления так называемого гена B1 из вируса вакцинии, который известен своей ролью в иммунизации человечества против смертельной оспы. Поскольку ген B1 кодирует белки, которые помогают подавить противовирусную защиту клетки-хозяина и позволяют вакцинии копировать себя, удаление этого гена угрожает долгосрочному выживанию вируса в хозяине.

Однако исследователи продолжили культивировать штамм без B1 в лаборатории в течение нескольких поколений, а затем секвенировали весь его генетический код, чтобы оценить, как он эволюционировал. Они обнаружили, что всего за несколько дней штамм без B1 отреагировал удалением одной пары оснований — фундаментального компонента ДНК — оставив при этом нетронутыми почти 200 000 других.

Эта, казалось бы, незначительная потеря соответствовала 10-кратному увеличению репликации штамма, которая в остальном была подавлена.

«Мы ожидали, что вирус может адаптировать другой ген для компенсации, — сказал Уиби, доцент ветеринарной медицины и биомедицинских наук. — Вместо этого мы обнаружили, что вирус адаптировался, инактивировав другой ген. Это было так, будто после перерезания одного провода лучшим способом решить проблему было перерезать другой провод».

Почти столь же удивительным было то, что потеря произошла в гене B12, функция которого в значительной степени неизвестна. Фактически, когда другие исследователи ранее инактивировали только ген B12, оставляя B1 и все остальные гены нетронутыми, они не обнаружили никакого влияния на вирус вакцинии.

Уиби и Олсон заявили, что результаты указывают на то, что при отсутствии B1 — но только в этом случае — B12 фактически помогает подавлять репликацию, активируя иммунную систему хозяина.

Зачем нужен генетический «тормоз» для репликации? Команда не уверена. Возможно, есть ценность в регулировании скорости репликации в определённых условиях, сказал Уиби. Или, возможно, это стало для гена B1 эквивалентом «защиты от дурака», фактически заставляя вирус сохранять его ради выживания вида. Ответ может появиться в ходе дальнейших исследований.

Но, показав, что B1 маскирует по крайней мере одну и, вероятно, несколько потенциальных функций B12, новое исследование подчёркивает, как много остаётся неизвестным о том, почему, когда и как гены регулируют друг друга, сказал Уиби. Распутывание связей в этих сетях может потребовать от исследователей также продолжать адаптироваться.

«Многие предыдущие исследования любого генома основаны на исследованиях делеции или мутаций отдельных генов, — сказал Уиби, член Центра вирусологии Небраски. — А на самом деле гены во многих случаях являются командными игроками. Поэтому, возможно, нам нужно по-новому взглянуть на некоторые из этих несущественных генов и посмотреть, не играют ли они на самом деле других критических регуляторных ролей, которые необходимо оценивать в контексте других генов в системе».

Полученные данные должны углубить понимание клеточной динамики в гораздо более сложных организмах, заявили исследователи. Например, белок B1 вакцинии разделяет около 40% своей генетической архитектуры с группой белков, обнаруженных в многоклеточных организмах. А тип белковых взаимоотношений, представленный B1 и B12 вакцинии, существует во многих царствах живых организмов.

Использование этих знаний для «взлома» вирусных механизмов, многие из которых эволюционировали миллионы лет, также может способствовать разработке вакцин и методов лечения.

«Я думаю, очень интересно понять, чему могут научить нас вирусы, — сказал Уиби. — Если у этого вируса, например, есть механизм активации нашей иммунной системы, можем ли мы в конечном итоге использовать это для подавления роста других вирусов? Мы уже пытаемся задавать эти вопросы».

Уиби и Олсон, аспирант по биологическим наукам, сообщили о своих выводах в журнале PLOS Pathogens.