Реконструирована многолетняя коэволюция парвовирусов и позвоночных

Парвовирусы (семейство Parvoviridae) представляют собой разнообразную группу мелких безоболочечных вирусов. Человека поражает, например, эритропарвовирус В19 — причина инфекционной эритемы (она же пятая болезнь или синдром пощечины) у детей. Семейство включает и другие важные патогены, такие как протопарвовирус плотоядных (парвовирус собак) и амдопарвовирус плотоядных (алеутская болезнь норок). Парвовирусы также используют как терапевтические инструменты, например, аденоассоциированный вирус (AAV) был адаптирован в качестве вектора для генной терапии. Протопарвовирусы грызунов проявляют естественные онкотропные и онколитические свойства, их изучают в качестве потенциальных противоопухолевых терапевтических средств.

Прогресс в полногеномном секвенировании (WGS) показал, что последовательности ДНК парвовирусов (как и многих других групп вирусов) широко распространены в геномах многоклеточных животных. Такие «эндогенные вирусные элементы» (EVE) возникают, когда происходит инфицирование клеток зародышевой линии, а последовательности ДНК, полученные от вируса, включаются в хромосомы и наследуются как аллели хозяина. Такие элементы могут сохраняться в генофонде на протяжении многих поколений. Эти генетические «окаменелости» сохраняют ретроспективную информацию, по которой можно изучать эволюционных взаимодействия вирусов и хозяев.

Последовательности эндогенных парвовирусных элементов (EPV) часто встречаются в геномах позвоночных. Научная группа из США и Великобритании провела сравнительный анализ 752 опубликованных геномов позвоночных, в которых были обнаружены 364 различные последовательности EPV. Результаты этого широкомасштабного филогенетического и геномного анализа, охватывающего все известные EPV позвоночных и виды парвовирусов, опубликованы в журнале PLoS Biology.

Основываясь на своих предыдущих биоинформатических разработках, ученые создали открытый онлайн-ресурс, который назвали Parvovirus-GLUE. Там они собрали такие данные, как выборка из 135 референсных геномов отдельных видов парвовирусов, ассоциированных с дополнительной информацией (название изолята, время и место отбора проб, виды-хозяева), стандартизированный набор из 51 признака геномов парвовирусов, координаты этих признаков в пределах референсных последовательностей и множественные выравнивания последовательностей для разделения таксономических уровней в семействе Parvoviridae. Воспользоваться этим онлайн-ресурсом или даже адаптировать его для своих исследований может любой заинтересованный специалист.

Далее ученые провели поиск EPV в опубликованных данных WGS геномов 752 видов позвоночных. Они выявили в общей сложности 595 последовательностей EPV, которые затем разделили на 199 ортологичных локусов. Их анализ позволил реконструировать взаимодействия парвовирусов и позвоночных за последние 100 млн лет.

Ученые провели филогенетические реконструкции методом максимального правдоподобия (ML), включив последовательности парвовирусов и EPV. Они разделили их эволюционнные линии, каждая из которых включает несколько родов. Так, было показано, что амдо- и протопарвовирусы — древние вирусы, так как они родственны EPV, которые были включены в зародышевые линии более 80 млн лет назад.

Первые зарегистрированные примеры EPV, происходящие из эритропарвовирусов, ученые обнаружили в геномах патагонской мары (Dolichotis patagonum), грызуна Нового Света, и индри (Indri indri), малагасийского примата. Также EPV из эритропарвовирусов группировались на филогенетических деревьях с эритропарвовирусами грызунов. Это предполагает возможную межотрядную передачу от грызунов к лемуриформным приматам. Ученые проследили географическое распределение видов-хозяев и провели возрастную калибровку рода Erythroparvovirus, основываясь на предположении, что эритропарвовирусы распространились на Мадагаскар и Южную Америку в кайнозойскую эру вместе с популяциями грызунов-основателей.

Ученые выдвинули гипотезу, согласно которой предковые виды протопарвовирусов присутствовали на суперконтиненте Пангее до его распада, и далее генетическая изоляция предковых популяций млекопитающих из-за географического разделения континентов привела к появлению отдельных ветвей протопарвовирусов в разных биогеографических регионах. Среди сумчатых эволюционировала ветвь, обозначенная как «археопротопарвовирус» (ArcPV), а среди плацентарных — «мезо-» и «неопротопарвовирусы». Популяции грызунов Нового Света подверглись заражению ArcPV после колонизации южноамериканского континента, по оценкам авторов, это произошло от 50 до 30 млн лет назад. Эта гипотеза может объяснить высокую частоту EPV, происходящих от ArcPV, в геномах грызунов Нового Света и их полное отсутствие в геномах грызунов Старого Света.

Авторы говорят о том, что долгосрочная коциркуляция нескольких родов парвовирусов среди позвоночных отражает стремление каждого из них к заполнению отдельной экологической ниши. По их мнению, при использовании парвовирусов в качестве векторов следует учитывать сравнительный эволюционный анализ. Это поможет сделать генную терапию более эффективной и безопасной.

Предложены новые недостающие звенья в эволюции РНК-вирусов