Открыт гигантский вирус, поражающий амеб из рода Naegleria

Род амебофлагеллят Naegleria известен благодаря патогенному для человека виду Naegleria fowleri, который вызывает редкое, но в 98% случаев смертельное заболевание — амебный менингоэнцефалит. (В прошлом году случаи инфекции были зарегистрированы в Пакистане.) Хотя для некоторых эволюционно близких к Naegleria протистов были описаны поражающие их гигантские вирусы, до недавнего момента гигантских вирусов, инфицирующих амеб из этого рода, известно не было. Авторы новой работы, опубликованной в Nature Communications, впервые описали гигантский вирус Naegleria, который получил название Catovirus naegleriensis.

Catovirus naegleriensis, также обозначаемый как Naegleriavirus (NiV), изначально был выделен из нитрифицирующего реактора сточных вод в Клостейнебурге (Австрия). Как показала совместная культивация, вирус обладал выраженными литическими свойствами в отношении Naegleria clarki. Для дальнейшего изучения вируса его поддерживали в культуре с Naegleria clarki, в которой также присутствовала кишечная палочка (Escherichia coli).

Ученые начали исследование новооткрытого вируса, который получил название Naegleriavirus, с его генома и протеома. Геном NiV представлен линейной двуцепочечной ДНК длиной 1163307 пар оснований и содержит 1000 предполагаемых кодирующих последовательностей, из которых 480 располагаются на одной цепи и 520 — на другой. Филогенетический анализ показал, что новый вирус относится к семейству гигантских вирусов Mimiviridae и является сестринской кладой по отношению к гигантскому вирусу Catovirus CTV1, который ранее был выделен из биореактора сточных вод в Кейптауне (ЮАР). Большая часть генов NiV (68,3%) сходны с известными вирусными генами, причем из них 47,7% имеют гомологи в геноме Catovirus CTV1. С другой стороны, 24,8% генов нового вируса не имеют гомологии ни с одним из имеющихся в базах генов, 3,7% гомологичны генам эукариот, 2,9% — генам бактерий и 0,3% — генам архей. Вирус разделяет 3,1% своих генов со своим хозяином-амебой.

Аннотирование не определило функции 68,3% генов, а те гены, которые удалось аннотировать, преимущественно задействованы в репликации, рекомбинации и репарации ДНК. Кроме того, выявлены гены, отвечающие за посттрансляционные модификации белков и кругооборот белков в клетке, в том числе 12 белков теплового шока. Ряд генов предположительно участвует в биогенезе клеточной оболочки, внутриклеточном транспорте везикул и секреции.

Протеомный анализ показал, что вирионы NiV содержат 159 белков. Как и в случае многих других гигантских вирусов, функции большинства из них неизвестны, однако в вирионах NiV были выявлены пять ключевых белков мимивирусов: мажорный белок капсида, коровый белок, субъединицы ДНК-зависимой РНК-полимеразы и белки, участвующие в репликации ДНК.

Характерная черта вирусов группы Klosneuvirus, к которой относится и семейство мимивирусов, — присутствие в геноме генов, связанных с трансляцией. NiV не стал исключением, у него обнаружен 31 такой ген. Среди них — 14 тРНК-синтетаз и многие из эукариотических факторов инициации трансляции. В отличие от некоторых других гигантских вирусов, геном NiV не содержит генов тРНК, зато содержит несколько генов, связанных с репарацией тРНК. Также в геноме NiV есть ген, задействованный в бета-окислении жирных кислот, гены биосинтеза полиаминов, несколько генов, кодирующих ферменты биосинтеза капсулы полисахаридов.

Для репликации NiV использует систему везикулярного транспорта клетки-хозяина. Вирус кодирует собственные белки SNARE, которые позволяют ему сливаться с везикулами, а кроме того, АТФазу, участвующую в слиянии, динамин и дополнительные малые ГТФазы. В клетку-хозяина он попадает посредством фагоцитоза. Авторы предполагают, что, как и у других мимивирусов, после этого в вирусной частице открывается портал для транспорта ДНК (из-за формы его называют «звездными вратами» - star gate), внутренняя мембрана вируса сливается с мембраной фагосомы, и содержимое вириона высвобождается в цитоплазму хозяина. Через час после инцифирования амеб в их цитоплазме выявляется ДНК, которая, как показывает FISH, принадлежит NiV. Через четыре часа рядом с ядром образуются вирусные фабрики, и уже через восемь часов из них выходят вирусные частицы, а клетка амебы лизируется. Авторы предполагают, что вирус использует ингибиторы апоптоза, чтобы сохранить клетку-хозяина живой во время репликации. Фактор ингибирования апоптоза присутствуют в протеоме вириона; его ген, вероятно, получен от хозяина вместе с генами некоторых шаперонов.

Электронная микроскопия показала, что вирионы NiV имеют диаметр около 500 нм и содержат кор, в котором содержится связанная с белками ДНК. Кор окружен пятью слоями оболочек, которые разделены тонкими электронноплотными слоями. Как и некоторые другие мимивирусы, вирион NiV имеет внутреннюю мембрану и предполагаемую дополнительную мембрану. Оболочка вириона электронноплотная, покрытая волокнистым слоем. На одной из вершин капсида находится портал для транспорта ДНК, снабженный мембранным карманом.

Дальнейший анализ показал, что хозяевами NiV могут быть только амебы рода Naegleria, причем наиболее эффективно репликация идет при 20-30 °C, а при 40 °C она становится невозможной. Авторы работы заключают, что теплая пресная вода, в которой обитает патогенная N. fowleri, хорошо подходит для репликации вируса.

Гигантские вирусы произошли от более мелких вирусных предков