Virofágy

Virofágy

Kapsida virofága Sputnik
vědecká klasifikace
Skupina:Viry [1]Oblast:VaridnaviriaKrálovství:BamfordviraeTyp:PreplasmiviricotaTřída:MaveriviricetesObjednat:PriklausoviralesRodina:Virofágy
Mezinárodní vědecký název
Lavidaviridae
Baltimorská skupina
I: dsDNA viry

Virofágy [2] [3] ( angl.  Virophages , lat.  Lavidaviridae ) jsou skupinou virů , které se mohou množit v buňkách pouze v přítomnosti jiného viru (hostitelského viru), ale mají složitější genomy a viriony než jiné satelitní viry [ 4] . Virofágy mají ikosaedrické kapsidy , jejich genomy jsou reprezentovány molekulami dvouvláknové DNA . První zástupci této skupiny virů byli popsáni v roce 2008 a do konce roku 2016 bylo známo 18 virofágových genomů, z nichž dva byly téměř kompletně sekvenovány . Virofágy byly nalezeny v široké škále stanovišť – v hlubokých vodách oceánů a na souši; jeden virofág byl izolován z tekutiny kontaktních čoček , takže je možné, že virofágy také interagují s lidským tělem [5] .

Virofágy se navrhuje zařadit do čeledi Lavidaviridae , jejíž fylogenetické vztahy nejsou dosud plně objasněny [5] [6] . Od března 2018 však Mezinárodní výbor pro taxonomii virů oficiálně uznal pouze dva rody a tři druhy [7] .

Historie studia

Ve všech studovaných virofágech patří hostitelský virus do čeledi Mimiviridae (avšak u řady izolovaných virofágů je hostitelský virus neznámý), takže historie studia virofágů úzce souvisí s historií studie této rodiny obřích virů [6] . Do roku 2008 byl v této rodině znám pouze jeden zástupce - mimivirus Acanthamoeba polyphaga mimivirus , který infikuje amébu Acanthamoeba polyphaga . V roce 2008 byl popsán další člen čeledi Mimiviridae , rozmnožující se v amébě Acanthamoeba castellanii a nazvaný mamavirus [8] . Zároveň bylo možné v cytoplazmě améb infikovaných mamavirem pomocí elektronové mikroskopie identifikovat malé viriony o průměru asi 50 nm (jejich genom se skládal z 18 343 párů bází kódujících 21 proteinů ). Byly nalezeny v továrnách na viry mamaviru, pro které byl nový virus pojmenován Sputnik [ 5 ] [ 9 ] . 

U améb infikovaných současně mamavirem a Sputnikem měly výsledné mamavirové viriony nepravidelnou morfologii a pouze 30 % z nich dokázalo vyvolat infekci v jiných buňkách. Vzhledem k tomu, že Sputnik použil pro svou reprodukci virové továrny mamaviru, čímž se snížila účinnost reprodukce mamaviru, byl izolován do nové skupiny virů, nazývaných virofágy . Od té doby bylo popsáno několik dalších virofágů (hlavně na základě metagenomických dat). Bylo možné izolovat šest virofágů z různých zdrojů - jako je voda, půda a dokonce i kapalina na mytí kontaktních čoček - získaných na různých místech: ve Francii , USA ( Texas ), Brazílii a Tunisku . Ještě větší počet virofágů je znám pouze z genomických dat a jsou popsány z výsledků metagenomického screeningu vzorků z různých míst [5] .

Popis

Všechny izolované virofágy jsou malé viry s ikosaedrickými kapsidami o průměru 35–74 nm. Pouze ve virofágu Sputnik byla studována prostorová struktura kapsidy (pomocí kryoelektronové mikroskopie ). Sputnikovy viriony mají průměr 74 nm a jeho ikosaedrická kapsida se skládá z 260 pseudohexamerních a 12 pentamerních kapsomer , které jsou umístěny ve vrcholech kapsidy. Pseudohexamerní kapsomery vznikají trimerizací monomerů pomocí želé roll . Pentamerní kapsomery mají centrální dutiny, které, stejně jako , mohou sloužit pro vstup a výstup molekul DNA z kapsidy. Pod kapsidou je lipidová dvojvrstva o tloušťce 4 nm [5] .

Virofágové genomy jsou reprezentovány molekulami dvouvláknové DNA o velikosti od 17 do 30 tisíc párů bází (bp) a kódují 16 až 34 proteinů. Asi 60 % genů každého virofága jsou sirotčí geny (ORFans ) s  neznámými funkcemi, to znamená, že nemají homologii s žádným ze současně známých genů. Šest ze známých virofágových genů se nachází téměř ve všech virofágech; mají tendenci hrát kritickou roli v jejich replikaci [10] . Tyto geny zahrnují geny kódující velké a malé kapsidové proteiny, geny domnělé rodiny FtsK-HerA DNA balících ATPáz, gen cysteinové proteázy, gen DNA helikázy /primázy (S3H) a gen kódující protein obsahující zinek. stuhová doména ( anglicky zinc-ribbon domain ). Kromě toho má několik virofágů konzervované geny kódující dvě různé rodiny integráz (předpokládanou tyrosin integrázu ve Sputniku a předpokládanou rve integrázu v maviru a AML). Přítomnost několika konzervovaných genů svědčí ve prospěch monofyletického původu virofágů [5] .  

Rozmanitost

Od roku 2016 obsahovala databáze GenBank kompletní nebo částečné genomové sekvence 18 virofágů [5] . Do konce roku 2017 se počet úplných nebo částečných genomových sekvencí virofágů dostupných výzkumníkům zvýšil na 57 [11] .

Po objevu virofága Sputnik v roce 2008 následoval popis tří dalších příbuzných virofágů. Sputnik 2 byl izolován v roce 2012 z mytí kontaktních čoček ve spojení s Lentillevirem  , mimivirem skupiny A. Ukázalo se, že genom lentilleviru obsahuje integrovaný genom Sputnik 2 a také dosud neznámé mobilní elementy, zvané transpovirony . Sputnik 3 byl detekován polymerázovou řetězovou reakcí (PCR) v roce 2013 ve vzorku půdy. V roce 2014 byl popsán Sputnik Rio Negro, virofág parazitující na viru Samba (mimivirus skupiny C). Kapsida tohoto virofága je poloviční oproti kapsidám ostatních společníků (její průměr je 35 nm oproti ~70 nm u jiných mimivirů) [5] [12] .

Genomy všech v současnosti známých satelitů jsou reprezentovány kruhovými molekulami DNA. Ve virofágu Sputnik obsahuje genom 18 343 párů bází (bp), 18 338 bp. - pro Sputnik 2 a totéž pro Sputnik 3. Genom Sputnik Rio Negro zatím není k dispozici. Rozdíly mezi genomy tří společníků jsou menší než 10 bp; ve všech třech virofázích má genom nízké složení GC , jako u mimivirů. Obsahují 20-21 otevřených čtecích rámců ( anglicky  open reading frame, ORF ), které kódují proteiny o délce 88 až 779 aminokyselinových zbytků (a.o.). Pro čtyři geny z genomů mimivirů byly nalezeny homology v genomech eukaryot a bakteriofágů , pro tři - mezi geny mimivirů a jeden gen je homologní s genem archaálního viru ; zbývající geny nevykazují žádnou homologii se známými sekvencemi. Takové mozaikové složení genů ukazuje, že tyto virofágy se účastní horizontálního přenosu genů [5] .

Mavirus se stal druhým známým virofágem. Jeho kapsida má kulovitý tvar a dosahuje průměru 60 nm. Byl izolován v roce 2010 z pobřežních vod v Texasu v USA. Jak již bylo uvedeno, parazituje na viru CroV , který infikuje mořského bičíkovce Cafeteria roenbergensis . Genom maviru je 19 063 bp kruhová dvouvláknová DNA obsahující 20 ORF. Stejně jako u Sputnikova se genom tohoto virofága vyznačuje nízkým složením GC. 10 otevřených čtecích rámců ukazuje homologii s geny retrovirů , bakterií , eukaryot a virů, jejichž genom je reprezentován dvouvláknovou DNA. Konkrétně byly v genomu Sputnik nalezeny 4 homologní ORF; kódují kapsidový protein, předpokládanou cysteinovou proteázu , předpokládanou endonukleázu GIY-YIG a předpokládanou ATPázu obalující DNA [ 5] .

Virofág Zamilon byl izolován v roce 2013 ze vzorku půdy z Tuniska spolu s mimivirem Mont1 patřícím do skupiny C. Virion má kulovitý tvar, jeho průměr dosahuje 50–60 nm. Genom Zamilon je kruhová molekula DNA o délce 17 276 bp. s nízkým složením GC, obsahuje 20 ORF o délce od 222 do 2337 bp. Výrazně se liší od genomu Sputniku: mají 76 % nukleotidů shodných , zatímco genom Sputniku pokrývají ze 75 %. Nicméně 17 ORF Zamilon je homologních s geny Sputnik, dva ORF jsou homologní s geny Megavirus chiliensis a jeden ORF je homologní s Moumouvirus monve [5] . Podle klasifikace virofágů navržené v roce 2016 jsou Zamilon a Sputnik s jeho variantami spojeny do jednoho rodu Sputnikvirus (kde představují druh Mimivirus-dependentní virus Zamilon a Mimivirus-dependentní virus Sputnik ) a mavirus je izolován do samostatného rod Mavirus (druh mavirus závislý na Cafeteriavirus ) [6] .

Prvním virofágem objeveným pomocí metagenomiky byl virofág Organic Lake (OVL). Bylo objeveno v roce 2011 ve vzorku vody z Organic Lake  , hypersalinného meromiktického jezera ( Ingrid Christensen Coast , východní Antarktida ). Sférické částice tohoto virofága o průměru 50 nm byly detekovány pomocí transmisní elektronové mikroskopie . Genom OLV je kruhová dvouvláknová molekula DNA obsahující 26 421 bp. a mající GC složení 36,5 %. Předpokládá se, že v genomu OLV je kódováno 24 proteinů, z nichž šest je homologních s proteiny Sputnik. Patří mezi ně kapsidový protein, DNA balicí ATPáza, domnělá DNA polymeráza / primáza a tři proteiny neznámé funkce [5] .

V letech 2012–2014 byly během metagenomické analýzy vod Yellowstonského jezera získány kompletní genomové sekvence sedmi virofágů, které se nazývaly virofágy Yellowstonského jezera (YSLV, možný ruský název je virofágy Yellowstonského jezera). Jejich genomy jsou 22-29 tisíc bp; konkrétně délka genomu virofága YSLV1 je 27849 bp. s 26 ORF, YSLV2 má 23 184 bp. s 21 ORF má YSLV3 27 050 bp. s 23 ORF, YSLV4 má 28306 bp. c 34 ORF [5] [13] . Složení GC je 33,4 % pro YSLV1, 33,6 % pro YSLV2, 34,9 % pro YSLV3 a 37,2 % pro YSLV4. Podle výsledků předběžné kladistické analýzy provedené v roce 2013 tvořily 4 v té době známé virofágy YSLV jediný klad -  sesterskou skupinu pro Sputnik a virofág ALM byl zařazen spolu s mavirem do jiného kladu [13] . Další 3 virofágy ze skupiny YSLV byly objeveny v roce 2014; toto je YSLV5 s délkou genomu 29 767 bp. a 32 ORF, YSLV6 (24 837 bp a 29 ORF) a YSLV7 (23 193 bp a 26 ORF). Ve virofágu YSLV5 je složení GC 51,1 % (což je mnohem více než u ostatních virofágů skupiny), u YSLV6 je to 26,8 %, u YSLV7 je to 27,3 % [14] .

Genom virofága parazitujícího na viru Phaeocystis globosa (PgV) byl objeven v roce 2013 při metagenomické analýze pobřežních vod Nizozemska při sestavování řetězce PgV-16T genomu PgV. V genomu tohoto virofága ( virofág spojený s virem Phaeocystis globosa , PgVV) bylo předpovězeno 16 ORF, z nichž většina není homologní s žádnou ze známých sekvencí. Tři ORF kódující endonukleázu, domnělou DNA polymerázu a primázu jsou homologní s geny maviru a jeden ORF je homologní s genem OLV. Je možné, že tento virofág ztratil strukturní geny, protože v infikovaných buňkách haptofytové řasy Phaeocystis globosa se nacházejí pouze virové částice hostitelského viru (PgV) . Bylo navrženo, že virofág PgVV existuje jako lineární plazmid nebo provirofág integrovaný do genomu hostitelského viru [5] [6] .

V roce 2013 byla zveřejněna téměř kompletní sekvence genomu virofága, nazvaného Ace Lake Mavirus (ALM) .  Byl získán ze vzorku vody z Ace Lake v Antarktidě. Délka genomu tohoto virofága je 17767 bp, má nízké GC složení (26,7 %) a obsahuje 22 ORF, z nichž 14 má homology mezi mavirovými ORF [5] .

V roce 2015 byla zveřejněna data o přítomnosti genomu virofága podobného Zamilonu v nevětraném bioreaktoru . Nový virofág dostal název Zamilon 2. V témže roce se objevily informace o přítomnosti nukleotidových sekvencí podobných sekvencím virofágů v trávicím traktu zvířat včetně člověka [5] .

Ve stejném roce bylo zjištěno, že jaderný genom chlorarachniofytové řasy Bigelowiella natans obsahuje aktivně transkribované inserty odpovídající virofágovým genomům. Kromě toho genom této řasy obsahuje sekvence odvozené od virů řádu Megavirales a také opakující se prvky podobné transpovironům. Je možné, že tato řasa získala inzerty virofágů jako molekulární zbraň proti virům [5] .

V roce 2016 byla při analýze vod umělého jezera Dishui v Šanghaji ( Čína ) objevena nová skupina virofágů . Byla získána kompletní genomová sekvence virofága Dishui Lake (DSLV1). Jeho genom je kruhová dvouvláknová DNA dlouhá 28 788 bp. s GC složením 43,2 % a 28 ORF. Ve stejných vzorcích byly identifikovány sekvence virofágů souvisejících s OLV a virofágů ze skupiny YSLV [15] . Ve stejném roce byl popsán nový virofág při studiu planktonního mikrobiálního společenství horského jezera Kukunor v čínské provincii Qinghai . Dostal název Qinghai Lake virophage (QLV, možný ruský název je Qinghai Lake virophage). Genom QLV je dlouhý 23379 bp, má složení GC 33,2 % a obsahuje 25 ORF, z nichž 7–11 ORF je homologních s geny OLV a virofágů skupiny YSLV, zatímco zbytek je specifický pro QLV. Ve stejných vzorcích byly detekovány sekvence blízké sekvencím fykodnavirů ( Phycodnaviridae ) [16] , které jsou zjevně hostiteli tohoto virofága [17] .

V roce 2017 bylo provedeno metagenomické sestavení genomové sekvence virofága Med-OCT2015-2000m, objeveného v roce 2015 ve vzorcích vody ze Středozemního moře (první virofág nalezený v hlubinných mořských vodách). Délka jeho genomu byla 30 521 bp. s 35 ORF. Na zkonstruovaném fylogenetickém stromě tvořil tento virofág klad s virofágem YSLV5, i když se oba virofágy značně liší složením GC (27,7 % a 51,1 %) [18] .

Současně byly získány kompletní (nebo téměř úplné) genomové sekvence 17 nových virofágů z jezer ve Wisconsinu v USA: 9 z jezera Mendota a 8 z jezera Trout Bog Lake . Předpokládá se, že délka kompletního genomu u těchto virofágů leží v rozmezí od 13,8 do 25,8 tisíc bp a obsahují 13 až 25 ORF. Výsledné genomové sekvence jsou značně různorodé: na rekonstruovaném fylogenetickém stromě tvoří virofágy z Trout Bog Lake 3 shluky (spolu se Sputnikvirem a virofágy YSLV7 a YSLV5, v tomto pořadí), zatímco většina virofágů z jezera Mendota patří do skupiny reprezentované virofágy OLV, QLV, DSLV1 a většina virofágů skupiny YSLV, ačkoli jeden z nich se ukázal být sesterskou skupinou viru Sputnik a další je sesterskou skupinou kladu z Maviru a ALM [11] .

Během metagenomické analýzy mikrobiálních společenstev jezer (včetně jezer v Antarktidě), řek a malých sladkovodních jezírek bylo identifikováno velké množství sekvencí podobných sekvencím genů kódujících kapsidový protein virofága. Byly také nalezeny v metagenomické analýze aktivovaného kalu, sladkovodních dnových sedimentů, trávicího traktu různých živočichů, mořských a odpadních vod. Tyto údaje svědčí o extrémní prevalenci a velké diverzitě virofágů [5] .

Existuje názor, že virofágy by měly být považovány za součást satelitních virů . Hlavním argumentem ve prospěch této hypotézy je skutečnost, že v současnosti izolované virofágy se nemohou reprodukovat v buňkách v nepřítomnosti hostitelského viru. Na druhou stranu jsou virofágy mnohem složitější než satelitní viry, které jsou ve skutečnosti subvirálními agens [4] . Známé virofágy jsou přiřazeny k nezávislé rodině Lavidaviridae (Lavida: LArge VIrus-Dependent or Associated virus) [5] [6] .

Životní cyklus

S největší pravděpodobností všechny virofágy žijí ve virových továrnách obřích virů, ve kterých se přepisují a replikují. Způsoby, kterými virofágy vstupují do hostitelské buňky, jsou ve většině případů neznámé [10] . Životní cyklus a účinek na hostitelský virus byl podrobně studován pouze u jednoho virofága, Sputnika. Virofágy samy o sobě nemohou způsobit infekci v amébách a k reprodukci striktně vyžadují továrnu na hostitelské viry. Všechny v současnosti známé virofágy parazitují na obřích virech [5] .

Předpokládá se, že viriony Sputnik jsou příliš malé na to, aby je améba mohla fagocytovat , takže je zapotřebí jiný mechanismus, aby virofág vstoupil do buňky. Krátce před průnikem do améby je Sputnik připojen k fibrilám na povrchu mamaviru pomocí proteinu R135 a výsledný komplex je fagocytován amébou. Odrůdy mimivirů bez fibril jsou podle očekávání vůči Sputniku odolné [5] .

1-2 hodiny po infekci lze v cytoplazmě améby pozorovat endocytární vakuoly . Poté během 2-4 hodin dochází k replikaci virových genomů a syntéze virových proteinů. K replikaci Sputniku a Mimiviru dochází v dobře rozlišených hustých zónách cytoplazmy jiných než jádro – virové továrny. V této fázi je stále nemožné vidět nebo izolovat virofágové částice [5] .

Tvorba virionů virofága začíná na jednom z pólů virové továrny, před tvorbou mimivirových virionů. Ve vzácných případech je možné v infikovaných buňkách pozorovat virové továrny, produkující pouze částice virofágů a pouze částice mimiviru. 16 hodin po infekci je améba zcela naplněna částicemi Sputniku a Mimiviru; viriony mohou být volně umístěny v cytoplazmě nebo se hromadí ve vakuolách améb. Den po infekci více než dvě třetiny infikovaných améb podstoupí lýzu , přičemž se uvolní nově syntetizované částice virofágu a mimiviru [5] .

Na rozdíl od Sputniku, který může parazitovat na široké škále mimivirů, se zamilonský virofág, popsaný v roce 2014, může množit pouze v přítomnosti mimivirů skupiny B a C (charakterizované Moumouvirem a Megavirus chiliensis ): mimiviry skupiny A (které zahrnují Mimivirus a Mamavirus ) jsou vůči němu odolné. Konkrétně virofágový mavirus [3] ( Mavirus ) se množí uvnitř mořského bičíkovce Cafeteria roenbergensis pouze v přítomnosti obřího viru Cafeteria roenbergensis (CroV) , člena čeledi Mimiviridae . Na rozdíl od Sputniku se endocytóza maviru vyskytuje nezávisle na endocytóze CroV (pravděpodobně prostřednictvím endocytózy zprostředkované klatrinem) [5] [12] .

Interakce s hostitelským virem a buňkou

Ukázalo se, že replikace virofágového samilonu byla významně zvýšena po umlčení tří mimivirových genů: R349 ( ubikvitin ligáza s doménou HECT ), R350 ( protein vázající ATP s helikázovou aktivitou) a R354 ( protein vázající DNA s nukleázovou aktivitou). Za normálních podmínek nemůže zamilon používat továrny na viry mimivirů k reprodukci, pravděpodobně kvůli aktivitě obranného systému Mimiviru známého jako MIMIVIRE (viz níže . Bylo zjištěno, že genom virofágového maviru se může integrovat do genomu hostitele Infekce způsobená CroV aktivuje mavirus a po buněčné lýze vyjdou jak viriony CroV, tak viriony maviru [ 10] .

V roce 2017 byla provedena analýza proteomů několika virofágů, spočívající v hledání motivů se známými funkcemi ve virofágových proteinech. Podobnost proteinového složení proteomů dvou virofágů byla hodnocena pomocí Spearmanova korelačního koeficientu . Například se ukázalo, že proteomy virofágů YLV5 a DSLV jsou funkčně nejpodobnější, a proto tyto virofágy pravděpodobně spouštějí stejné signální kaskády v hostitelské buňce. Je také pravděpodobné, že virofágy OLV a YLV6, stejně jako zamilon a QLV, způsobují podobnou buněčnou odpověď. Nejsilnější funkční hodnoty byly pozorovány mezi proteomy Sputnik 2 a Sputnik 3. Předpokládá se, že podobné sekvence v genomech různých virofágů pocházejí od společného předka nebo z genomů blízce příbuzných hostitelů (kvůli horizontálnímu přenosu genů ) [10] .

Hledání funkčních motivů ukázalo, že asi 70 % samilonových virofágových proteinů má vazebný motiv SUMO , zatímco asi 38 % proteinů Sputnik má tento motiv. Protože kovalentní připojení proteinu SUMO je jednou z nejběžnějších posttranslačních modifikací , předpokládá se, že posttranslační modifikace hrají klíčovou roli v replikaci samilonu. Je pravděpodobné, že posttranslační modifikace, stejně jako fibrily kapsidy mimiviru, hrají klíčovou roli v potlačení reprodukce Sputniku. Pokud jsou vyřazeny geny kódující fibrilové proteiny, začíná aktivní reprodukce virofága. Kromě toho byly v proteinech Sputnik a Mavirus nalezeny motivy ITAM (  Immunoreceptor tyrosine-based aktivační motivy ) , ale nebyly nalezeny v  proteinech zamilon , PgVV a QLV. Motivy ITAM jsou přítomny v proteinech řady virů a jsou spojeny s vyhýbáním se imunitní odpovědi , supresí apoptózy a maligní transformací některých buněk. Žádný z PgVV proteinů neobsahuje jaderný lokalizační signál ( NLS ), zatímco samilon NLS má pouze jeden protein. Je možné, že virofágy používají alternativní cesty ke vstupu do jádra a PgVV se pravděpodobně replikuje pouze v továrně na cytoplazmatické viry [10] .  

Původ

Virofágy vykazují výraznou podobnost se zvláštní skupinou pohyblivých prvků - polyntony . Polyntony jsou neobvyklou skupinou transponovatelných prvků, protože mohou být duplikovány vlastní polymerázou a integrázou (odtud název: POLymerase-INTegrase-ON). Polyntony a virofágy jsou reprezentovány DNA, mají podobnou velikost a řadu genů společného původu: velký a malý kapsidový protein, ATPáza, která se používá k balení DNA do kapsidy, a proteáza podílející se na zrání virionů. Kapsidové proteiny virofágů a polyntonů jsou však výrazně odlišné. Část podobností mezi polyntony a virofágy lze vysvětlit horizontálním přenosem genů a konvergentní evolucí , nicméně data fylogenetických a genomických studií přesvědčivě naznačují shodnost jejich původu [19] .

Otázka, co bylo společným předkem polyntonů a virofágů – zda ​​to byl mobilní prvek podobný moderním polyntonům, nebo to byl virus – není definitivně vyřešena. Podle jedné hypotézy jsou virofágy potomky „uniklých“ polyntonů. Proti této hypotéze stojí fakt, že obří viry jsou nezbytné pro reprodukci virofágů, ale nikoli pro reprodukci polyntonů, a je nepravděpodobné, že by tuto vlastnost získali virofágové od nuly. Stojí za zmínku, že virofágový Mavirus sdílí sedm genů s polyntony a pouze tři s jinými virofágy, a proto je blíže polyntonům než jiným virofágům. Tento fakt hovoří ve prospěch toho, že docházelo k toku genů od virů k mobilním elementům a právě virus byl společným předkem virofágů a polyntonů. Je známo několik příkladů integrace virofágů do genomů hostitelských virů a infikovaných buněk, takže je možné, že polyntony pocházejí z virofágů integrovaných do buněčného genomu. Předpokládá se existence hypotetické skupiny virů - polynthovirů - ze kterých vznikly nejen polyntony a virofágy, ale také velké jaderně-cytoplazmatické viry obsahující DNA Bidnaviridae [ a adenoviry . Polyntoviry by zase mohly pocházet z virů z čeledi Tectiviridae  - bakteriofágů , které infikují gramnegativní bakterie , které vstoupily do eukaryotických buněk spolu se získáním mitochondrií . Tektiviry získaly cysteinovou proteázu a integrázu z již existujících transposonů a staly se polyntoviry, zatímco polyntoviry, které ztratily schopnost tvořit kapsidy, daly vzniknout polyntonům. Polyntoviry však dosud nebyly detekovány [19] . Stojí za zmínku, že širší rozšíření polyntonů v přírodě (nacházejí se v různých skupinách eukaryot , zatímco virofágy se nacházejí pouze v protistních buňkách), jejich větší genetická rozmanitost a dlouhodobá koevoluce s eukaryoty naznačuje, že virofágy se mohly vyvinout z polyntony, ale ne naopak [20] . Otázka původu virofágů tak zůstává nevyřešena.

Vztah virofágů s jinými mobilními elementy lze ilustrovat kladogramem sestaveným na základě sekvencí DNA polymerázy [21] .

Fylogeneze

Objev nových virofágů umožnil v roce 2016 provést novou studii fylogeneze virofágů, která zpřesnila výsledky analýzy z roku 2013. Podle této studie je potvrzena monofylie rodu Sputnikvirus a obecně lze fylogenetické vztahy mezi studovanými zástupci čeledi Lavidaviridae znázornit následujícím kladogramem [5] :

MIMIVIRE

V roce 2016 se objevila zpráva o objevu mimivirů skupiny A mechanismu odpovědného za rezistenci vůči virofágu samilonu. Klíčovým prvkem tohoto mechanismu je genetický systém MIMIvirus VIrophage Resistant Element (MIMIVIRE) obsahující několik inzertů odpovídajících sekvencím ze samilonového genomu. Bylo navrženo, že systém založený na MIMIVIRE funguje podobně jako systémy CRISPR /Cas, které poskytují ochranu proti virům v bakteriích a archaea: RNA jsou syntetizovány z inzertů v genomu mimiviru , které se komplementárně vážou na genomy virofágů, což vede k jejich destrukci. [22] . Tento závěr je podpořen daty z experimentů k deaktivaci MIMIVIRE. Tato hypotéza má však řadu problémů. Není například jasné, jak systém MIMIVIRE rozlišuje inserty z genomu virofága do genomu mimiviru od stejných sekvencí v genomu virofága a jak se vyhýbá destrukci genomu samotného mimiviru. Byl navržen alternativní mechanismus operace MIMIVIRE, který není založen na komplementárních interakcích nukleových kyselin, ale na interakcích protein-protein [23] .

Virofágy a adaptivní imunita

Je známa řada případů, kdy se virofágy integrovaly do genomu obřího viru nebo protistových hostitelských buněk. Například genom Sputnik 2 může být integrován do genomu mimiviru. Jak bylo uvedeno výše, v genomu chlorarachniofytové řasy Bigelowiella natans existuje několik inzertů odvozených od virofágů . Když je mořský bičíkovec Cafeteria roenbergensis koinfikován virem CroV a virofágem, mavirus vloží genom virofága do genomu protista v přibližně 30 % infikovaných buněk . Pokud jsou buňky, které přežily infekci vloženým genomem maviru, znovu vystaveny infekci CroV, pak je indukováno množení virofága a exprese jeho genů, zejména díky aktivaci transkripce inzertů maviru transkripčním faktorem kódovaným CroV. Nakonec dochází k tvorbě virofágových částic, ale kupodivu šíření virofágů významně neovlivňuje šíření CroV. Buňka však nakonec stejně odumře, což brání CroV, aby se v ní dále množil. Mavirem zprostředkovaný obranný mechanismus proti infekci CroV lze interpretovat jako formu adaptivní imunity , ve které je paměť předchozích infekcí uchovávána ve formě insertů v genomu buňky. Tato myšlenka připomíná princip fungování adaptivní imunity bakterií a archeí, systém CRISPR/Cas [21] .

Ekologie

V letech, která uplynula od objevení prvních virofágů, byly viry této skupiny detekovány pomocí metagenomiky v různých biotopech, od hlubokých vod po pevninu a v různých částech zeměkoule. Virofágy se nacházejí ve sladké vodě a sedimentech na dně častěji než ve vzorcích vody z hlubokomořských oblastí. Kromě toho byly virofágy nalezeny v půdě, ledu a vzduchu. Virofágy aktivně interagují s jinými mikroorganismy a mohou dokonce ovlivnit jejich růst; například Sputnik může kontrolovat nejen populace améb, ale také bakteriální růst regulací virulence svých hostitelských virů. Ovlivněním populační dynamiky obřích virů a jejich eukaryotických hostitelů mohou mít virofágy významný dopad na různé ekosystémy [5] .

Spojení virofágů s člověkem není zatím zcela jasné. Ve vzorcích lidské stolice a plicní tkáně byly nalezeny obří viry ; navíc obří viry mohou infikovat améby, které obývají lidský trávicí trakt, a ve vzorcích stolice byly skutečně identifikovány sekvence odpovídající virofágům. Kromě toho byl z tekutiny kontaktních čoček izolován virofág Sputnik 2. Protilátky proti virofágu Sputnik byly nalezeny u dvou febrilních pacientů a u jednoho z nich došlo k sérokonverzi . Neexistují žádné údaje o potenciální patogenitě virofágů pro člověka [5] .

Poznámky

  1. ↑ Taxonomie virů  na webu Mezinárodního výboru pro taxonomii virů (ICTV) .
  2. ↑ Elements.ru: Viry trpí také virovými chorobami (A. Markov) . Staženo 15. 1. 2018. Archivováno z originálu 28. 1. 2018.
  3. ↑ 1 2 Věda a život: Virus Wars . Staženo 15. 1. 2018. Archivováno z originálu 16. 1. 2018.
  4. ↑ 1 2 Flint a kol., 2015 , str. 370.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Bekliz M. , Colson P. , La Scola  Family of Viropha B. The Expanding  Virus - 2016. - Sv. 8, č. 11. - doi : 10.3390/v8110317 . — PMID 27886075 .
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Krupovic M. , Kuhn JH , Fischer MG  Klasifikační systém pro virofágy a satelitní viry  // Archives of Virology. - 2016. - Sv. 161, č.p. 1. - S. 233-247. - doi : 10.1007/s00705-015-2622-9 . — PMID 26446887 .
  7. ↑ Nová čeleď a dva nové rody pro klasifikaci virofágů  : [ eng. ] // ICTV. — Přidělený kód: 2015.001a-kF. - 2015. - 14 s.
  8. ↑ Gazeta.ru: Obří virus je nemocný se Sputnikem . Datum přístupu: 18. ledna 2018. Archivováno z originálu 18. ledna 2018.
  9. ↑ Abergel C. , Legendre M. , Claverie JM  Rychle se rozšiřující vesmír obřích virů: Mimivirus , Pandoravirus , Pithovirus a Mollivirus  // Recenze mikrobiologie FEMS. - 2015. - Sv. 39, č. 6. - S. 779-796. - doi : 10.1093/femsre/fuv037 . — PMID 26391910 .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Sobhy H. Virofágy a jejich interakce s obřími viry a hostitelskými buňkami.  (anglicky)  // Proteomy. - 2018. - 22. května ( roč. 6 , č. 2 ). - doi : 10.3390/proteomes6020023 . — PMID 29786634 .
  11. ↑ 1 2 Roux S., Chan L.-K., Egan R., Malmstrom R. R., McMahon K. D., Sullivan M. B.  Ecogenomics of Virophages and their Giant Virus Hosts Assessed through Time Series Metagenomics  // Nature Communications. - 2017. - Sv. 8, č. 1. - S. 858. - doi : 10.1038/s41467-017-01086-2 . — PMID 29021524 .
  12. ↑ 1 2 Gaia M. , Benamar S. , Boughalmi M. , Pagnier I. , Croce O. , Colson P. , Raoult D. , La Scola B.  Zamilon, nový virofág se specificitou hostitele Mimiviridae  // PLoS One . - 2014. - Sv. 9, č. 4. - P. e94923. - doi : 10.1371/journal.pone.0094923 . — PMID 24747414 .
  13. ↑ 1 2 Zhou Jinglie, Zhang Weijia, Yan Shuling, Xiao Jinzhou, Zhang Yuanyuan, Li Bailin, Pan Yingjie, Wang Yongjie.  Diverzita virofágů v souborech metagenomických dat  // Journal of Virology. - 2013. - Sv. 87, č.p. 8. - S. 4225-4236. - doi : 10.1128/JVI.03398-12 . — PMID 23408616 .
  14. ↑ Zhou Jinglie, Sun Dawei, Childers A., McDermott T. R., Wang Yongjie, Liles M. R.  Three Novel Virophage Genomes Discovered from Yellowstone Lake Metagenomes  // Journal of Virology. - 2015. - Sv. 89, č.p. 2. - S. 1278-1285. - doi : 10.1128/JVI.03039-14 . — PMID 25392206 .
  15. ↑ Gong Chaowen, Zhang Weijia, Zhou Xuewen, Wang Hongming, Sun Guowei, Xiao Jinzhou, Pan Yingjie, Yan Shuling, Wang Yongjie.  Nové virofágy objevené ve sladkovodním jezeře v Číně  // Hranice mikrobiologie. - 2016. - Sv. 7. - S. 5. - doi : 10.3389/fmicb.2016.00005 . — PMID 26834726 .
  16. ↑ Makarov V. V.  Giruses. Srovnávací taxonomie viru afrického moru prasat ve skupině velkých jaderně-cytoplazmatických deoxyribovirů  // Veterinární dnes. - 2012. - č. 1 . - S. 5-8 .
  17. ↑ Oh Seungdae, Yoo Dongwan, Liu Wen-Tso.  Metagenomika odhaluje novou populaci virofágů v tibetském horském jezeře  // Mikrobi a prostředí. - 2016. - Sv. 31, č. 2. - S. 173-177. - doi : 10.1264/jsme2.ME16003 . — PMID 27151658 .
  18. ↑ López-Pérez M., Haro-Moreno J. M., Gonzalez-Serrano R., Parras-Moltó M., Rodriguez-Valera F.  Genomová rozmanitost mořských fágů získaných ze středomořských metagenomů: Na velikosti záleží  // PLoS Genetics . - 2017. - Sv. 13, č. 9. - P. e1007018. - doi : 10.1371/journal.pgen.1007018 . — PMID 28945750 .
  19. ↑ 1 2 Campbell S. , Aswad A. , Katzourakis A. Odhalení  původu virofágů a Polintonů  // Aktuální názor ve virologii. - 2017. - Sv. 25. - S. 59-65. - doi : 10.1016/j.coviro.2017.07.011 . — PMID 28802203 .
  20. ↑ Krupovic M., Yutin N., Koonin E. V.  Fúze nadrodiny 1 helikázy a inaktivované DNA polymerázy je podpisem společné evoluční historie polintonů, virů podobných polintonům, transpozonů Tlr1 a transpovironů  // Evoluce virů. - 2016. - Sv. 2, č. 1. -P. vew019. - doi : 10.1093/ve/vew019 . — PMID 28694999 .
  21. ↑ 1 2 Koonin E. V., Krupovic M.  Polintons, virofágy a transpovirons: spletité webové propojení virů, transpozonů a imunity  // Aktuální názor ve virologii. - 2017. - Sv. 25. - S. 7-15. - doi : 10.1016/j.coviro.2017.06.008 . — PMID 28672161 .
  22. ↑ Levasseur A. , ​​Bekliz M. , Chabrière E. , Pontarotti P. , La Scola B. , Raoult D.  MIMIVIRE je obranný systém v mimiviru, který propůjčuje odolnost vůči virofágům  // Nature. - 2016. - Sv. 531, č.p. 7593. - S. 249-252. - doi : 10.1038/příroda17146 . — PMID 26934229 .
  23. ↑ Claverie J. M., Abergel C. CRISPR  -Cas-like system in obřích virů: proč MIMIVIRE pravděpodobně nebude adaptivním imunitním systémem  // Virologica Sinica. - 2016. - Sv. 31, č. 3. - S. 193-196. - doi : 10.1007/s12250-016-3801-x . — PMID 27315813 .

Literatura

Odkazy

 Subvirové částice _