Virofager

Virofager

Sputnik virofagekapsid
vetenskaplig klassificering
Grupp:Virus [1]Rike:VaridnaviriaRike:BamfordviraeSorts:PreplasmiviricotaKlass:MaveriviricetesOrdning:PriklausoviralesFamilj:Virofager
Internationellt vetenskapligt namn
Lavidaviridae
Baltimore-gruppen
I: dsDNA-virus

Virofager [2] [3] ( eng.  Virophages , lat.  Lavidaviridae ) är en grupp virus som kan föröka sig i celler endast i närvaro av ett annat virus (värdvirus), men som har mer komplexa genom och virioner än andra satellitvirus [ 4] . Virofager har icosaedriska kapsider , deras genom representeras av dubbelsträngade DNA - molekyler . De första representanterna för denna grupp av virus beskrevs 2008, och i slutet av 2016 var 18 virofaggenom kända, varav två var nästan helt sekvenserade . Virofager har hittats i en mängd olika livsmiljöer – i havens djupa vatten och på land; en virofager isolerades från kontaktlinsvätska , så det är möjligt att virofager också interagerar med människokroppen [5] .

Virofager föreslås klassificeras i familjen Lavidaviridae , vars fylogenetiska släktskap ännu inte helt klarlagts [5] [6] . Från och med mars 2018 erkände International Committee on Taxonomy of Viruses officiellt endast två släkten och tre arter [7] .

Studiens historia

I alla studerade virofager tillhör värdviruset familjen Mimiviridae (i ett antal isolerade virofager är värdviruset dock okänt), så historien om studien av virofager är nära relaterad till studiens historia av denna familj av jättevirus [6] . Fram till 2008 var endast en representant känd i denna familj - mimiviruset Acanthamoeba polyphaga mimivirus som infekterar amöban Acanthamoeba polyphaga . 2008 beskrevs en annan medlem av familjen Mimiviridae , som reproducerar sig i amöban Acanthamoeba castellanii och kallas mamavirus [8] . Samtidigt, i cytoplasman hos amöbor infekterade med mamavirus, med hjälp av elektronmikroskopi , var det möjligt att identifiera små virioner med en diameter på cirka 50 nm (deras genom bestod av 18 343 baspar som kodade för 21 proteiner ). De hittades i mamavirusets virusfabriker, för vilka det nya viruset fick namnet Sputnik [ 5 ] [ 9 ] . 

I amöbor infekterade med mamavirus och Sputnik samtidigt hade de resulterande mamavirusvirionerna en oregelbunden morfologi, och endast 30 % av dem kunde orsaka infektion i andra celler. Eftersom Sputnik använde virusfabrikerna av mamavirus för dess reproduktion, vilket minskade effektiviteten av reproduktionen av det senare, isolerades det i en ny grupp av virus, kallade virofager . Sedan dess har flera fler virofager beskrivits (främst baserat på metagenomiska data). Det var möjligt att isolera sex virofager från en mängd olika källor - såsom vatten, jord och till och med vätska för att tvätta kontaktlinser - erhållna på en mängd olika platser: i Frankrike , USA ( Texas ), Brasilien och Tunisien . Ett ännu större antal virofager är bara kända från genomiska data och beskrivs från resultaten av metagenomisk screening av prover från en mängd olika platser [5] .

Beskrivning

Alla isolerade virofager är små virus med ikosaedriska kapsider 35–74 nm i diameter. Endast i virofagen Sputnik har kapsidens rumsliga struktur studerats (med hjälp av kryoelektronmikroskopi ). Sputniks virioner är 74 nm i diameter, och dess ikosaedriska kapsid består av 260 pseudohexameriska och 12 pentamera kapsomerer , som är belägna vid kapsidpunkten. Pseudohexameriska kapsomerer bildas genom trimerisering av monomerer med hjälp av gelérulle . Pentameriska kapsomerer har centrala håligheter, som, liksom de hos bakteriofager , kan tjäna för in- och utträde av DNA-molekyler från kapsiden. Under kapsiden finns ett lipiddubbelskikt 4 nm tjockt [5] .

Virofag-genom representeras av dubbelsträngade DNA-molekyler som sträcker sig i storlek från 17 till 30 tusen baspar (bp) och kodar för från 16 till 34 proteiner. Cirka 60 % av generna i varje virofag är föräldralösa gener (ORFans ) med  okända funktioner, det vill säga de har ingen homologi med någon av de för närvarande kända generna. Sex av de kända virofaggenerna finns i nästan alla virofager; de tenderar att spela en avgörande roll i deras replikering [10] . Dessa gener inkluderar gener som kodar för stora och små kapsidproteiner, gener från den förmodade FtsK-HerA-familjen av DNA-förpacknings-ATPaser, en cysteinproteasgen, en DNA- helikas /primas-gen (S3H) och en gen som kodar för ett protein som innehåller en zink ribbon domain ( engelska zinc-ribbon domain ). Dessutom har flera virofager konserverade gener som kodar för två olika familjer av integraser (det förmodade tyrosin-integraset i Sputnik och det förmodade rve-integraset i mavirus och AML). Närvaron av flera konserverade gener vittnar till förmån för virofagers monofyletiska ursprung [5] .  

Mångfald

Från och med 2016 innehöll GenBank-databasen fullständiga eller partiella genomiska sekvenser av 18 virofager [5] . I slutet av 2017 ökade antalet kompletta eller partiella genomsekvenser av virofager tillgängliga för forskare till 57 [11] .

Upptäckten av virofagen Sputnik 2008 följdes av beskrivningen av tre andra relaterade virofager. Sputnik 2 isolerades 2012 från en kontaktlinstvätt i samband med Lentillevirus  , ett mimivirus i grupp A. Det visade sig att lentillevirusgenomet innehåller ett integrerat Sputnik 2-genom, samt tidigare okända mobila element, kallade transpovironer . Sputnik 3 detekterades med polymeraskedjereaktion (PCR) 2013 i ett jordprov. 2014 beskrevs Sputnik Rio Negro, en virofag som parasiterar på sambaviruset (mimivirus grupp C). Kapsiden av denna virofag är hälften så stor som kapsiderna hos andra följeslagare (dess diameter är 35 nm mot ~70 nm för andra mimivirus) [5] [12] .

Genomerna för alla för närvarande kända satelliter representeras av cirkulära DNA-molekyler. I virofagen Sputnik inkluderar genomet 18 343 baspar (bp), 18 338 bp. - för Sputnik 2 och samma sak för Sputnik 3. Genomet från Sputnik Rio Negro är ännu inte tillgängligt. Skillnaderna mellan genomen för de tre följeslagarna är mindre än 10 bp; i alla tre virofager har genomet en låg GC-sammansättning , som i mimivirus. De innehåller 20-21 öppna läsramar ( engelsk  öppen läsram, ORF ), som kodar för proteiner med en längd på 88 till 779 aminosyrarester (a.o.). För fyra gener från mimivirusens genom , hittades homologer i genomen av eukaryoter och bakteriofager , för tre - bland generna av mimivirus, och en gen är homolog med genen för arkaealvirus ; de återstående generna visar inte någon homologi med kända sekvenser. En sådan mosaiksammansättning av gener indikerar att dessa virofager är involverade i horisontell genöverföring [5] .

Mavirus blev den andra kända virofagen. Dess kapsid har en sfärisk form och når 60 nm i diameter. Den isolerades 2010 från kustvatten i Texas, USA. Som redan nämnts parasiterar den CroV -viruset , som infekterar den marina flagellaten Cafeteria roenbergensis . Mavirusgenomet är ett 19 063 bp cirkulärt dubbelsträngat DNA innehållande 20 ORF. Som i Sputnikov kännetecknas genomet av denna virofag av en låg GC-sammansättning. 10 öppna läsramar i visar homologi med generna av retrovirus , bakterier , eukaryoter och virus, vars genom representeras av dubbelsträngat DNA. I synnerhet hittades 4 homologa ORF:er i Sputnik-genomet; de kodar för ett kapsidprotein, ett förmodat cysteinproteas , ett förmodat GIY-YIG- endonukleas och ett förmodat DNA-förpackande ATPas [5] .

Virofagen Zamilon isolerades 2013 från ett jordprov från Tunisien tillsammans med Mont1 mimiviruset tillhörande grupp C. Virionet har en sfärisk form, dess diameter når 50–60 nm. Zamilon-genomet är en cirkulär DNA-molekyl som är 17 276 bp lång. med en låg GC-sammansättning, innehåller 20 ORF från 222 till 2337 bp i längd. Det skiljer sig markant från Sputnik-genomet: de har 76% av nukleotiderna identiska samtidigt som de täcker Sputnik-genomet med 75%. Emellertid är 17 Zamilon ORF homologa med Sputnik-gener, två ORF är homologa med Megavirus chiliensis- gener , och en ORF är homolog med Moumouvirus monve [5] . Enligt den klassificering av virofager som föreslogs 2016 kombineras Zamilon och Sputnik med dess varianter till ett släkte Sputnikvirus (där de representerar arterna Mimivirus-beroende virus Zamilon respektive Mimivirus-beroende virus Sputnik ), och maviruset isoleras till ett separat genus Mavirus (art Cafeteriavirus-beroende mavirus ) [6] .

Den första virofagen som upptäcktes med hjälp av metagenomik var virofagen Organic Lake (OVL). Den upptäcktes 2011 i ett vattenprov från Organic Lake  , en meromiktisk sjö med hypersalthalt ( Ingrid Christensen Coast , East Antarctica ). Sfäriska partiklar av denna virofag med en diameter på 50 nm detekterades med hjälp av transmissionselektronmikroskopi . OLV-genomet är en cirkulär dubbelsträngad DNA-molekyl som innehåller 26 421 bp. och med en GC-sammansättning av 36,5 %. Det antas att 24 proteiner är kodade i OLV-genomet, varav sex är homologa med Sputnik-proteiner. Dessa inkluderar ett kapsidprotein, ett DNA-förpacknings-ATPas, ett förmodat DNA- polymeras / primas och tre proteiner med okänd funktion [5] .

Under 2012–2014, under en metagenomisk analys av vattnet i Yellowstone Lake , erhölls fullständiga genomiska sekvenser av sju virofager, som kallades Yellowstone Lake virofager (YSLV, ett möjligt ryskt namn är Yellowstone Lake virofager). Deras genom är 22-29 tusen bp; i synnerhet är genomlängden för virofagen YSLV1 27849 bp. med 26 ORF har YSLV2 23 184 bp. med 21 ORF har YSLV3 27 050 bp. med 23 ORF har YSLV4 28306 bp. c 34 ORF [5] [13] . GC-sammansättningen är 33,4% för YSLV1, 33,6% för YSLV2, 34,9% för YSLV3 och 37,2% för YSLV4. Enligt resultaten av en preliminär kladistisk analys utförd 2013 , bildade de 4 YSLV-virofager som var kända vid den tiden en enda klad  - en systergrupp för Sputnik, och ALM-virofagen inkluderades tillsammans med maviruset i en annan klad [13] . Ytterligare 3 virofager från YSLV-gruppen upptäcktes 2014; detta är YSLV5 med en genomlängd på 29 767 bp. och 32 ORF, YSLV6 (24 837 bp och 29 ORF) och YSLV7 (23 193 bp och 26 ORF). I virofagen YSLV5 är GC-sammansättningen 51,1 % (vilket är mycket högre än i andra virofager i gruppen), i YSLV6 är den 26,8 %, i YSLV7 är den 27,3 % [14] .

Genomet av en virofag som parasiterar Phaeocystis globosa-virus (PgV) upptäcktes 2013 under en metagenomisk analys av kustvattnen i Nederländerna under sammansättningen av PgV-16T-kedjan av PgV-genomet. I genomet av denna virofag ( Phaeocystis globosa virus-associated virophage , PgVV) har 16 ORF förutspåtts, av vilka de flesta inte är homologa med någon av de kända sekvenserna. Tre ORF som kodar för ett endonukleas, ett förmodat DNA-polymeras och ett primas är homologa med mavirusgenerna, och en ORF är homolog med OLV-genen. Det är möjligt att denna virofag har förlorat strukturella gener, eftersom endast virala partiklar av värdviruset (PgV) finns i infekterade celler av haptofyt-algen Phaeocystis globosa . Det har föreslagits att PgVV-virofagen existerar som en linjär plasmid eller provirofag integrerad i värdvirusgenomet [5] [6] .

2013 publicerades en nästan komplett genomsekvens av en virofag, kallad Ace Lake Mavirus (ALM) .  Det erhölls från ett vattenprov från Ace Lake i Antarktis. Genomlängden för denna virofag är 17767 bp, den har en låg GC-sammansättning (26,7%) och innehåller 22 ORF, varav 14 har homologer bland mavirus ORF [5] .

Under 2015 publicerades data om närvaron av genomet av en Zamilon-liknande virofag i en oventilerad bioreaktor . Den nya virofagen fick namnet Zamilon 2. Samma år dök det upp information om förekomsten av nukleotidsekvenser som liknar dem hos virofager i matsmältningskanalen hos djur, inklusive människor [5] .

Samma år fann man att kärngenomet hos klorarachniofyt- algen Bigelowiella natans innehåller aktivt transkriberade inserts motsvarande virofage-genom. Dessutom innehåller genomet av denna alg sekvenser härledda från virus av ordningen Megavirales , såväl som upprepande element som liknar transpovironer. Det är möjligt att denna alg förvärvade virofager som ett molekylärt vapen mot virus [5] .

2016 upptäcktes en ny grupp virofager när man analyserade vattnet i den konstgjorda sjön Dishui i Shanghai ( Kina ). Den fullständiga genomiska sekvensen av Dishui Lake-virofagen (DSLV1) erhölls. Dess genom är ett cirkulärt dubbelsträngat DNA 28 788 bp långt. med en GC-komposition av 43,2% och 28 ORF. I samma prover identifierades sekvenser av virofager relaterade till OLV och virofager från YSLV-gruppen [15] . Samma år beskrevs en ny virofag när man studerade det planktoniska mikrobiella samhället i bergssjön Kukunor i den kinesiska provinsen Qinghai . Den fick namnet Qinghai Lake virophage (QLV, ett möjligt ryskt namn är Qinghai Lake virophage). QLV-genomet är 23379 bp långt, har en GC-sammansättning på 33,2% och innehåller 25 ORFs, varav 7-11 ORFs är homologa med generna från OLVs och virofager i YSLV-gruppen, medan resten är specifika för QLVs. I samma prover detekterades sekvenser nära phycodnavirus ( Phycodnaviridae ) [16] , som uppenbarligen är värdarna för denna virofag [17] .

Under 2017 utfördes en metagenomisk sammansättning av den genomiska sekvensen av virofagen Med-OCT2015-2000m, upptäckt 2015 i vattenprover från Medelhavet (den första virofagen som hittats i djuphavsvatten). Längden på dess genom var 30 521 bp. med 35 ORF. På det konstruerade fylogenetiska trädet bildade denna virofage en kladd med YSLV5-virofagen, även om båda virofager skiljer sig mycket i GC-sammansättning (27,7 % respektive 51,1 %) [18] .

Samtidigt erhölls fullständiga (eller nästan fullständiga) genomiska sekvenser av 17 nya virofager från sjöarna i Wisconsin , USA: 9 från Mendota Lake och 8 från Trout Bog Lake . Det antas att längden på det fullständiga genomet i dessa virofager ligger i intervallet från 13,8 till 25,8 tusen bp, och de innehåller från 13 till 25 ORF. De resulterande genomiska sekvenserna är ganska olika: på det rekonstruerade fylogenetiska trädet bildar virofager från Trout Bog Lake 3 kluster (tillsammans med Sputnikvirus och virofager YSLV7 respektive YSLV5), medan de flesta virofager från Lake Mendota tillhör gruppen som representeras av virofager OLV, QLV , DSLV1 och de flesta virofager i YSLV-gruppen, även om en av dem visar sig vara en systergrupp till Sputnikvirus och en annan är en systergrupp till kladen från Mavirus och ALM [11] .

Ett stort antal sekvenser som liknar sekvenserna av gener som kodar virofagkapsidproteinet identifierades under metagenomisk analys av mikrobiella samhällen av sjöar (inklusive sjöar i Antarktis), floder och små sötvattendammar. De hittades också i den metagenomiska analysen av aktivt slam, sötvattenbottensediment, matsmältningskanalen hos olika djur, havs- och avloppsvatten. Dessa data vittnar om den extrema prevalensen och den stora mångfalden av virofager [5] .

Det finns en synpunkt att virofager bör betraktas som en del av satellitvirus . Huvudargumentet för denna hypotes är det faktum att för närvarande isolerade virofager inte kan föröka sig i celler i frånvaro av värdviruset. Å andra sidan är virofager mycket mer komplexa än satellitvirus, som i själva verket är subvirala medel [4] . Kända virofager allokeras till en oberoende familj Lavidaviridae (Lavida: LArge VIrus-Dependent or Associated virus) [5] [6] .

Livscykel

Troligtvis lever alla virofager i virusfabrikerna av jättevirus, där de transkriberas och replikeras. Sätten på vilka virofager kommer in i värdcellen är okända i de flesta fall [10] . Livscykeln och effekten på värdviruset har studerats i detalj i endast en virofag, Sputnik. I sig själva kan virofager inte orsaka infektion i amöbor , och de kräver strikt en värdvirusfabrik för att reproducera sig. Alla för närvarande kända virofager parasiterar jättevirus [5] .

Det antas att Sputnik-virionerna är för små för att amöban ska kunna fagocytera dem , så det behövs en annan mekanism för att virofagen ska komma in i cellen. Strax före penetrering i amöban fästs Sputnik till fibrillerna på mamavirusets yta med hjälp av R135-proteinet, och det resulterande komplexet fagocyteras av amöban. Som väntat är fibrilfria mimivirusvarianter resistenta mot Sputnik [5] .

1-2 timmar efter infektion kan endocytiska vakuoler observeras i amöbans cytoplasma . Sedan, inom 2-4 timmar, sker replikeringen av virala genom och syntesen av virala proteiner. Sputnik- och Mimivirus-replikation sker i väl urskiljbara täta zoner i cytoplasman andra än kärnans-virala fabriker. I detta skede är det fortfarande omöjligt att se eller isolera virofagpartiklar [5] .

Bildandet av virioner av virofagen börjar vid en av polerna i virusfabriken, innan bildandet av Mimivirus-virionerna. I sällsynta fall är det möjligt att observera virusfabriker i infekterade celler, som endast producerar virofagpartiklar och endast mimiviruspartiklar. 16 timmar efter infektion är amöban helt fylld med sputnik- och mimiviruspartiklar; virioner kan lokaliseras fritt i cytoplasman eller ackumuleras i amöbas vakuoler. En dag efter infektion genomgår mer än två tredjedelar av de infekterade amöborna lys , vilket frigör nysyntetiserade partiklar av virofagen och mimiviruset [5] .

Till skillnad från Sputnik, som kan parasitera en mängd olika mimivirus, kan Zamilon-virofagen, som beskrevs 2014, endast reproducera i närvaro av grupp B- och C-mimivirus (kännetecknas av Moumouvirus respektive Megavirus chiliensis ): grupp A-mimivirus (som inkluderar Mimivirus). och Mamavirus ) är resistenta mot det. Speciellt reproducerar virofagemaviruset [3] ( Mavirus ) inuti den marina flagellaten Cafeteria roenbergensis endast i närvaro av jätten Cafeteria roenbergensis virus (CroV) , en medlem av familjen Mimiviridae . Till skillnad från Sputnik sker mavirusendocytos oberoende av CroV-endocytos (troligen via clathrin -medierad endocytos) [5] [12] .

Interaktion med värdvirus och cell

Det visades att replikationen av virofagen samilon förbättrades signifikant efter tystnad av tre mimivirusgener: R349 ( ubiquitinligas med en HECT- domän ), R350 ( ATP - bindande protein med helikasaktivitet) och R354 ( DNA-bindande protein med nukleasaktivitet ). Under normala förhållanden kan zamilon inte använda Mimivirus-virusfabrikerna för reproduktion, troligen på grund av aktiviteten hos Mimivirus-försvarssystemet som kallas MIMIVIRE (se nedan . Det har visat sig att genomet av virofagemaviruset kan integreras i värdens genom. Infektion orsakad av CroV , aktiverar mavirus, och efter cellys kommer både CroV-virioner och mavirusvirioner ut [ 10] .

Under 2017 genomfördes en analys av proteomerna från flera virofager, bestående i sökandet efter motiv med kända funktioner i virofagerproteiner. Likheten mellan proteinsammansättningen av proteomerna från två virofager bedömdes med användning av Spearman-korrelationskoefficienten . Till exempel visade det sig att proteomerna för YLV5- och DSLV-virofager är mest funktionellt lika; därför utlöser dessa virofager troligen samma signalkaskader i värdcellen. Det är också troligt att virofager OLV och YLV6, samt zamilon och QLV, orsakar ett liknande cellulärt svar. De starkaste funktionella värdena observerades mellan proteomerna av Sputnik 2 och Sputnik 3. Det antas att liknande sekvenser i genomen av olika virofager kommer från en gemensam förfader eller från genomen från närbesläktade värdar (på grund av horisontell genöverföring ) [10] .

Sökandet efter funktionella motiv visade att cirka 70 % av samilon-virofagproteinerna har ett SUMO- bindande motiv, medan cirka 38 % av Sputnik-proteinerna har detta motiv. Eftersom den kovalenta bindningen av SUMO-proteinet är en av de vanligaste posttranslationella modifieringarna , antas det att posttranslationella modifieringar spelar en nyckelroll i samilon-replikation. Det är troligt att posttranslationella modifieringar, såväl som fibriller av mimiviruskapsiden, spelar en nyckelroll i undertryckandet av Sputnik-reproduktion. Om generna som kodar för fibrilproteiner slås ut , börjar aktiv reproduktion av virofagen. Dessutom hittades ITAM (  Immunoreceptor tyrosine-based activation motivs ) motiv i Sputnik- och Mavirusproteiner, men de hittades inte i  zamilon- , PgVV- och QLV-proteiner. ITAM-motiv finns i proteinerna från ett antal virus och är förknippade med undvikande av immunsvar , undertryckande av apoptos och malign transformation av vissa celler. Inget av PgVV-proteinerna innehåller en nukleär lokaliseringssignal ( NLS ), medan samilon NLS bara har ett protein. Möjligen använder virofager alternativa vägar för att komma in i kärnan , och PgVV replikerar förmodligen endast i den cytoplasmatiska virusfabriken [10] .  

Ursprung

Virofager visar en markant likhet med en speciell grupp av rörliga element - polyntoner . Polyntoner är en ovanlig grupp av transposerbara element eftersom de kan dupliceras av sitt eget polymeras och integras (därav namnet: POLymerase-INTegrase-ON). Polyntoner och virofager representeras av DNA, har en liknande storlek och ett antal gener av gemensamt ursprung: stort och litet kapsidprotein, ATPas, som används för att paketera DNA i kapsiden, och ett proteas som är involverat i mognaden av virioner. Kapsidproteinerna hos virofager och polyntoner är emellertid signifikant olika. En del av likheterna mellan polyntoner och virofager kan förklaras av horisontell genöverföring och konvergent evolution , men data från fylogenetiska och genomiska studier indikerar på ett övertygande sätt att deras ursprung är gemensamt [19] .

Frågan om vad som var den gemensamma förfadern till polyntoner och virofager - var det ett mobilt element som liknar moderna polyntoner, eller var det ett virus - har inte slutgiltigt lösts. Enligt en hypotes är virofager ättlingar till "förrymda" polyntoner. Mot denna hypotes står det faktum att jättevirus är nödvändiga för reproduktion av virofager, men inte för reproduktion av polyntoner, och det är osannolikt att denna egenskap förvärvades av virofager från grunden. Det är värt att notera att virofagen Mavirus delar sju gener med polyntonerna, och endast tre med andra virofager, och därför ligger närmare polyntonerna än andra virofager. Detta faktum talar för det faktum att det fanns ett genflöde från virus till mobila element, och det var viruset som var den gemensamma förfadern till virofager och polyntoner. Flera exempel på virofagerintegrering i genomen av värdvirus och infekterade celler är kända, så det är möjligt att polyntoner härstammar från virofager integrerade i cellgenomet. Förekomsten av en hypotetisk grupp av virus - polyntovirus - antas, som inte bara gav upphov till polyntoner och virofager, utan också till stora nukleära cytoplasmatiska DNA-innehållande virus , Bidnaviridae och adenovirus . Polyntovirus kan i sin tur härröra från virus från familjen Tectiviridae  - bakteriofager som infekterar gramnegativa bakterier som kom in i eukaryota celler tillsammans med förvärvet av mitokondrier . Tektivirus förvärvade cysteinproteas och integrerades från redan existerande transposoner och blev polyntovirus, medan polyntovirus, som förlorade förmågan att bilda kapsider, gav upphov till polyntoner. Emellertid har polyntovirus ännu inte upptäckts [19] . Det är värt att notera att den bredare fördelningen av polyntoner i naturen (de finns i olika grupper av eukaryoter , medan virofager endast finns i protistceller), deras större genetiska mångfald och långsiktiga samevolution med eukaryoter indikerar att virofager kan ha utvecklats från polyntoner, men inte vice versa [20] . Sålunda förblir frågan om virofagers ursprung olöst.

Relationen mellan virofager och andra mobila element kan illustreras av ett kladogram byggt på basis av DNA-polymerassekvenser [21] .

Fylogeni

Upptäckten av nya virofager gjorde det möjligt att 2016 genomföra en ny studie av virofagers fylogeni , vilket förfinade resultaten från 2013 års analys. Enligt denna studie bekräftas monofylin av Sputnikvirus- släktet , och i allmänhet kan de fylogenetiska förhållandena mellan de studerade representanterna för familjen Lavidaviridae representeras av följande kladogram [5] :

MIMIVIRE

2016 publicerades en rapport om upptäckten i grupp A-mimivirus av en mekanism som är ansvarig för resistens mot virofagen samilon. Nyckelelementet i denna mekanism är det genetiska systemet MIMIvirus VIrophage Resistant Element (MIMIVIRE) som innehåller flera insättningar som motsvarar sekvenser från samilon-genomet. Det har föreslagits att det MIMIVIRE-baserade systemet fungerar på samma sätt som CRISPR /Cas-systemen som ger skydd mot virus i bakterier och archaea: RNA syntetiseras från inlägg i Mimivirus-genomet , som komplementärt binder till virofagens genom, vilket leder till att de förstörs. [22] . Denna slutsats stöds av data från experiment för att inaktivera MIMIVIRE. Denna hypotes har dock ett antal problem. Det är till exempel inte klart hur MIMIVIRE-systemet skiljer inlägg från virofaggenomet in i mimivirusgenomet från samma sekvenser i virofaggenomet och undviker förstörelse av själva mimivirusets genom. En alternativ mekanism för MIMIVIRE-drift har föreslagits, som inte är baserad på komplementära interaktioner av nukleinsyror, utan på protein-proteininteraktioner [23] .

Virofager och adaptiv immunitet

Ett antal fall är kända när virofager har integrerats i genomet av ett jättevirus eller protistvärdceller. Till exempel kan Sputnik 2-genomet integreras i Mimivirus-genomet. Som nämnts ovan finns det flera virofager-härledda insättningar i genomet av klorarachniophyte algen Bigelowiella natans . När den marina flagellaten Cafeteria roenbergensis samtidigt infekteras med CroV-viruset och virofagen, infogar maviruset virofagenomet i protistgenomet i cirka 30 % av de infekterade cellerna . Om cellerna som överlevde infektionen med det insatta mavirusgenomet återigen exponeras för CroV-infektion, induceras virofagmultiplikationen och uttrycket av dess gener, i synnerhet på grund av aktiveringen av transkriptionen av mavirusinsättningarna av transkriptionsfaktorn som kodas av CroV. Så småningom uppstår virofagpartikelbildning, men konstigt nog påverkar inte virofagförökningen signifikant CroV-förökningen. Men i slutändan dör cellen fortfarande, vilket hindrar CroV från att föröka sig ytterligare i den. Den mavirusmedierade försvarsmekanismen mot CroV-infektion kan tolkas som en form av adaptiv immunitet , där minnet av tidigare infektioner bibehålls i form av inlägg i cellens genom. Denna idé påminner om funktionsprincipen för den adaptiva immuniteten hos bakterier och arkéer, CRISPR/Cas-systemet [21] .

Ekologi

Under åren som har gått sedan upptäckten av de första virofagerna har virus av denna grupp upptäckts med hjälp av metagenomik i olika livsmiljöer, från djupt vatten till land och i olika delar av världen. Virofager finns oftare i sötvatten och bottensediment än i vattenprover från djuphavsområden. Dessutom har virofager hittats i jord, is och luft. Virofager interagerar aktivt med andra mikroorganismer och kan till och med påverka deras tillväxt; till exempel kan Sputnik kontrollera inte bara amöbapopulationer utan också bakterietillväxt genom att reglera virulensen hos dess värdvirus. Genom att påverka populationsdynamiken hos jättevirus och deras eukaryota värdar kan virofager ha en betydande inverkan på en mängd olika ekosystem [5] .

Kopplingen mellan virofager och människor är ännu inte helt klar. Jättevirus har hittats i mänskliga fekala och lungvävnadsprover ; dessutom kan jättevirus infektera amöbor som lever i den mänskliga matsmältningskanalen, och sekvenser som motsvarar virofager har verkligen identifierats i fekala prover. Dessutom isolerades virofagen Sputnik 2 från kontaktlinsvätska. Antikroppar mot Sputnik-virofagen hittades hos två febrila patienter, och en av dem serokonverterad . Det finns inga data om virofagers potentiella patogenicitet för människor [5] .

Anteckningar

  1. ↑ Taxonomy of Viruses  på webbplatsen för International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) .
  2. ↑ Elements.ru: Virus lider också av virussjukdomar (A. Markov) . Hämtad 15 januari 2018. Arkiverad från originalet 28 januari 2018.
  3. ↑ 1 2 Vetenskap och liv: Viruskrig . Hämtad 15 januari 2018. Arkiverad från originalet 16 januari 2018.
  4. ↑ 1 2 Flint et al., 2015 , sid. 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 / The Expandes  . - 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. ↑ En ny familj och två nya släkten för klassificering av virofager  : [ eng. ] // ICTV. — Tilldelad kod: 2015.001a-kF. - 2015. - 14 sid.
  8. ↑ Gazeta.ru: Jätteviruset är sjukt med Sputnik . Tillträdesdatum: 18 januari 2018. Arkiverad från originalet 18 januari 2018.
  9. ↑ Abergel C. , Legendre M. , Claverie JM  Det snabbt expanderande universum av jättevirus: Mimivirus , Pandoravirus , Pithovirus och Mollivirus  // FEMS Microbiology Reviews. - 2015. - Vol. 39, nr. 6. - s. 779-796. - doi : 10.1093/femsre/fuv037 . — PMID 26391910 .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Sobhy H. Virophages och deras interaktioner med jättevirus och värdceller.  (engelska)  // Proteomes. - 2018. - 22 maj ( vol. 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. - 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.  Diversity of Virophages in Metagenomic Data Sets  // 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.  Nya virofager upptäckta i en sötvattensjö i Kina  // Frontiers in Microbiology. - 2016. - Vol. 7. - P. 5. - doi : 10.3389/fmicb.2016.00005 . — PMID 26834726 .
  16. ↑ Makarov V.V.  Giruses. Jämförande taxonomi av afrikansk svinpestvirus i gruppen av stora nukleära-cytoplasmatiska deoxiribovirus  // Veterinär i dag. - 2012. - Nr 1 . - S. 5-8 .
  17. ↑ Oh Seungdae, Yoo Dongwan, Liu Wen-Tso.  Metagenomics avslöjar en ny virofagepopulation i en tibetansk bergssjö  // Mikrober och miljöer. - 2016. - Vol. 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. - 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. - 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 är en signatur för gemensam evolutionär historia av Polinton, Polinton-liknande virus, Tlr1-transposoner och transpovironer  // Virusutveckling. - 2016. - Vol. 2, nr. 1. -S. 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. - 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 är ett försvarssystem i mimivirus som ger resistens mot virofager  // Nature. - 2016. - Vol. 531, nr. 7593. - S. 249-252. - doi : 10.1038/nature17146 . — PMID 26934229 .
  23. ↑ Claverie J. M., Abergel C.  CRISPR-Cas-liknande system i jättevirus: varför MIMIVIRE sannolikt inte är ett adaptivt immunsystem  // Virologica Sinica. - 2016. - Vol. 31, nr. 3. - S. 193-196. - doi : 10.1007/s12250-016-3801-x . — PMID 27315813 .

Litteratur

Länkar

 Subvirala partiklar _