Гигантские вирусы произошли от более мелких вирусных предков

Геномы гигантских вирусов достигают 2,8 мегабаз, а их вирусные частицы равны по размеру некоторым клеточным организмам. Их геномы содержат более 1000 генов, 70% из которых кодируют белки, уникальные для этих организмов. Неясно, как появились гигантские вирусы — путем упрощения предковой клетки или усложнения небольших вирусов.

Считается, что самый большой вирусный геном принадлежит Pandoravirus salinus (2,77 мегабаз). Вирусная частица имеет форму амфоры, а хозяином вируса является Acanthamoeba castellanii. Исследователи из Франции разработали генетические инструменты для изучения гигантских вирусов и их хозяев. Они также предварительно отследили их эволюцию от мелких икосаэдрических вирусов.

Сначала авторы построили систему CRISPR-Cas9 для A. castellanii. После этого они проверили, может ли Cas9 таргетировать вирусную РНК-полимеразу rpb1. Действительно, экспрессия нуклеазы Cas9 в ядре амебы регулировала репликацию Pandoravirus neocaledonia и Mollivirus kamchatka, в то время как ее экспрессия в цитозоле не могла таргетировать геномы Pithovirus sibericum или Mimivirus reunion.

Эффективность таргетирования rpb1 пандоравирусов подтвердили с помощью нескольких гидРНК. Также построили плазмиды, которые позволяют ставить метку на целевые вирусные гены. Авторы таргетировали гены, которые, как они подозревали, были важны и не очень важны для вирусной репликации. Когда они таргетировали гены на 5’-конце генома, то число вирусных частиц снижалось в 100 раз, а на 3’-конце — репликация не страдала.

Таргетирование генов на 3’-конце приводило к возникновению больших делеций. Вероятно, вирусы не очень эффективно чинят двухцепочечные разрывы на этом конце. Более того, вирусы с такими делециями способны завершить полный цикл репликации. Пандоравирусы могут потерять более 600 000 п.о. и более 300 генов. Жизнеспособность вируса при этом страдает, но морфология вириона не изменяется. Тем не менее, вирусы без генов на 3’-конце генома плохо реплицируют вирусную ДНК.

Гены на 5’-конце авторы обозначили как коровые, потому что большие делеции на этом конце приводили к утрате жизнеспособности вируса. Туда входили гены от pneo_77 до pneo_544. Не все гены в коровом геноме были жизненно необходимыми, нокаут некоторых из них был возможен.

Распределение важнейших генов в пандоравирусах может объяснить гипотеза расширяющегося генома. Гипотеза об уменьшении генома патогенных бактерий или эукариот не смогла бы объяснить такую концентрацию жизненно важных генов в определенной области.

Авторы классифицировали гены в зависимости от того, являются ли они консервативными у Nucleocytoviricota, и проанализировали их позицию в геноме P. neocaledonia. Гены P. neocaledonia с ортологами у Phycodnaviridae и молливирусов обогащены на 5’-конце генома. Специфичные для клады гены распределены более равномерно, а штамм-специфичные гены располагаются на 3’-конце генома.

Жизненно важные вирусные гены в основном отвечали за репликацию и транскрипцию, а не за трансляцию и метаболизм аминокислот, что тоже подтверждает вирусную теорию происхождения пандоравирусов. По-видимому, гены с неизвестной функцией — недавнее приобретение.

У пандоравирусов нет гена главного капсидного белка (major capsid protein, MCP), который необходим для построения вирусных частиц икосаэдрических вирусов. Молливирусы имеют форму сферы, но при этом кодируют MCP-подобный белок. Предположительно, он указывает на наличие икосаэдрического предка. Таргетирование гена mcp снижает жизнеспособность молливируса.

Симбиотическая бактерия защищает амебу от гигантского вируса