РНК-содержащих вирусов намного больше, чем предполагалось

В отличие от ДНК-содержащих вирусов, разнообразие которых изучено относительно неплохо благодаря методам метагеномики, РНК-содержащие вирусы долгое время не привлекали к себе должного внимания. Первые попытки идентификации РНК-вирусов с помощью метатранскриптомики (секвенирования и анализа тотальной РНК, выделенной целиком из микробного сообщества) относятся к 2016 году. Международный коллектив ученых при участии Евгения Кунина, а также консорциума RNA Virus Discovery опубликовал в виде препринта результаты исследования более чем 5 000 транскриптомов, в ходе которого было обнаружено множество геномов ранее неизвестных РНК-вирусов.

Все РНК-вирусы кодируют РНК-зависимую РНК-полимеразу (RdRp), и по наличию этого гена можно отнести последовательность к РНК-содержащим вирусам. Однако последовательности RdRp у разных РНК-вирусов существенно различаются. Авторам исследования удалось разработать пайплайн, который позволяет идентифицировать последовательности, относящиеся к разным РНК-вирусам, в метатранскриптомах.

Ученые применили новый алгоритм для анализа 5150 метатранскриптомов и выявили 124873 фрагмента геномов разнообразных РНК-вирусов. На основании выявленных новых последовательностей авторы работы выделили два новых типа вирусов, 74 новых классов (ранее их выделяли 19), а также множество новых порядков и семейств. Это примерно пятикратное увеличение разнообразия РНК-вирусов по сравнению с результатами анализа 2020 года, и почти на порядок — по сравнению с публикацией 2018 года. Существенная доля новооткрытых вирусов относится к типу Lenarviricota, представители которых поражают эукариот и прокариот.

На уровне типов таксономия РНК-вирусов осталась стабильной, хотя добавились два новых типа. Анализ подтвердил, что пять ранее известных типов, судя по последовательностям их RdRp, остаются монофилетическими группами даже с учетом новооткрытых вирусов — иначе говоря, представители каждой из них происходят от одного общего предка. К числу новых типов, которые предложили выделить авторы работы, относятся Kitrinoviricota, к числу которых принадлежат, в частности, флавивирусы человека, а также тип, обозначенный как RvANI90_0011770.

Исследователи также установили, что царство Orthornavirae, члены которого имеют RdRp, но не кодируют собственную обратную транскриптазу, происходит от вирусов типа Lenarviricota, представители которых поражают эукариот и прокариот, а также митохондрии.

Примечательно, что колоссальное количество новооткрытых вирусов поражают прокариот. Ранее считалось, что вирусы прокариот за редкими исключениями являются ДНК-содержащими, при этом не было известно, почему среди них преобладают ДНК-вирусы.

Авторы работы также отметили основные тенденции в эволюции РНК-вирусов. Им удалось выявить группы вирусов, в которых происходили масштабные геномные перестройки, а также сегментация геномов и перестройки открытых рамок считывания, кодирующих полипротеины. Ученые показали, что геномные модули, отвечающие за репликацию вирусных геномов и сборку вирионов, следуют разным эволюционным траекториям. Более того, даже эволюционно далекие РНК-вирусы могут обмениваться элементами этих модулей, что указывает на исключительную пластичность их геномов.

На вопросы PCR.NEWS ответил Евгений Кунин (Национальный институт здравоохранения, США).

Принято считать, что ретровирусы поражают только эукариот. Удалось ли вам идентифицировать РНК-вирусы, кодирующие обратную транскриптазу и при этом инфицирующие прокариот?

Мы не пытались искать ретровирусы прокариот. Это непростая технически задача, поскольку в прокариотах полно ретроэлементов, а если есть ретровирусы, то их мало. Может быть, постараемся поискать в дальнейшем. Пока что ретровирусы остаются привилегией эукариот.

Геномы всех ранее известных вирусов архей представлены ДНК. Насколько, по данным вашего анализа, многочисленны РНК-вирусы, поражающие архей? Если они малочисленны, то почему так могло получиться? Иными словами, есть ли какие-то фундаментальные особенности архей, из-за которых их почти не поражают РНК-вирусы?

Мы получили некоторые указания на существование РНК-вирусов мезофильных архей. Пока их недостаточно для однозначных выводов. Весьма вероятно, что в условиях, где живут гипертермофилы, РНК-вирусов просто нет, им там не выжить. Вообще, надо заметить, что, хотя наша работа в разы расширила круг РНК-вирусов бактерий, их все-таки мало по сравнению с ДНК-вирусами. Ожидаю, что при дальнейшей работе существование РНК-вирусов (пусть и редких) у мезофильных архей будет убедительно продемонстрировано.