Предложены новые недостающие звенья в эволюции РНК-вирусов

Сорок три из 107 выделяемых в настоящий момент семейств РНК-вирусов включают в состав царства Orthornavirae. Всех членов царства объединяет наличие РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp), которая обеспечивает удвоение генома; при этом они не кодируют собственную обратную транскриптазу, в отличие от ретровирусов и ретроэлементов. Исследование эволюции RdRp является ключом к пониманию эволюции РНК-вирусов в целом. Одно из таких исследований Евгения Кунина с коллегами, опубликованное в 2018 году,  показало, что царство Orthornavirae подразделяется на пять основных ветвей (типов), что отразилось и в классификации вирусов, курируемой Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV).

Группа ученых из США, Франции, Канады и Швейцарии исследовала около 28 терабаз последовательностей морских РНК-содержащих вирусов, собранных в рамках проекта Tara Ocean, который исследует «невидимое биоразнообразие» — океанские микроорганизмы. Они использовали данные РНК-секвенирования примерно 771 метатранскриптомов, соответствующих 10 фракциям организмов разного размера и собранных на трех разных глубинах в 121 точке по всему Мировому океану.

Используя новые подходы для идентификации отдельных вирусных геномов и их классификации, ученые смогли не только описать множество новых РНК-вирусов, но и классифицировать свои находки. В результате они предлагают существенно увеличить количество типов и классов РНК-вирусов.

Анализ геномов новоидентифицированных вирусов и геномов вирусов царства Orthornavirae, взятых из базы GenBank, показал, что количество типов в пределах царства Orthornavirae должно быть увеличено вдвое — с 5 до 10. Для пяти новых типов авторы работы предложили названия Arctiviricota (этот таксон широко распространен в океане и может быть назван доминирующим), Paraxenoviricota, Pomiviricota, Taraviricota и Wamoviricota. Стоит отметить, что в тип Taraviricota попали 22 ранее описанных вируса из необычной группы Quenyaviruses, которые имеют сегментированные геномы. (Многие новооткрытые вирусы имеют причудливые названия; первые квеньявирусы, фрагменты геномов которых были обнаружены в дрозофилах, были названы «квивирус» и «найвирус», от слов эльфийского языка квенья из мира Толкиена, означающих «возможно», «может быть».)

Выделение новых таксонов было предложено на основе более детального анализа последовательностей доменов RdRp. Авторы исследования также предложили уточнить разделение РНК-вирусов царства Orthornavirae на классы и добавить по меньшей мере 11 новых классов в ранее известные типы.

Новые РНК-вирусы заполняют пробелы в наших представлениях о ранних этапах эволюции. Авторы показали, что орторнавирусы со всеми возможными типами геномов — как с двухцепочечной РНК (дцРНК), так и с одноцепочечными РНК (оцРНК) положительной или отрицательной полярности — происходят от разных предков, то есть не являются монофилетичными.

Кроме того, вирусы типа Taraviricota, вероятно, являются недостающим звеном между ретроэлементами и Orthornavirae. Ранее выдвигалось предположение, что РНК-вирусы, инфицирующие бактерии и митохондрии (представители типа Lenarviricota), являются сестринской группой по отношению к другим орторнавирусам, а ретроэлементы — возможные их предки. В этом случае РНК-зависимая РНК-полимераза появляется позже ревертазы, то есть РНК-зависимой ДНК-полимеразы (рис.10 в статье).

Авторы нового исследования предложили свой сценарий: ретроэлементы с обратной транскриптазой и РНК-вирусы произошли от РНК-репликонов, таким образом, РНК-зависимая РНК-полимераза была частью древнего РНК-пептидного мира. Важную роль в этом сценарии играет группа Taraviricota — согласно результатам исследования их RdRp, они могли быть базальной группой, от которой произошли все остальные представители Orthornavirae, а также ретроэлементы. У большинства Taraviricota очень короткие геномы, они кодируют только RdRp. Возможно, другие орторнавирусы могли произойти от подобного предка путем приобретения генов. С другой стороны, некоторые Taraviricota имеют ген белка, похожего на фермент фосфолипазу, поэтому авторы выдвинули спекулятивное предположение, что подобные вирусы могли быть предками митохондриальных вирусов, таких как Lenarviricota. (В недавнем исследовании метатранскриптомов, о котором писал PCR.NEWS, Lenarviricota назвали возможными предками других Orthornavirae.)