Необычный вирус "Рапунцель": ученые считают его эволюционным чудом

Недавнее исследование раскрыло секрет эволюционного чуда: бактериофага с чрезвычайно длинным хвостом. Этот необычный хвост является частью вируса, который живет в негостеприимных горячих источниках и охотится на одни из самых сильных бактерий на планете, пишет SciTechDaily.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Бактериофаги — это группа вирусов, которые заражают и реплицируются в бактериях и являются самыми распространенными и разнообразными существами на Земле.

"Бактериофаги, или сокращенно фаги, есть везде, где есть бактерии, включая грязь и воду вокруг вас, а также в микробной экосистеме вашего собственного организма", – говорит Эмили Аньелло, аспирантка Медицинской школы Университета Массачусетса Чан и ведущий автор исследования.

В отличие от многих вирусов, заражающих людей и животных, которые содержат только один отсек, фаги состоят из хвоста, прикрепленного к шипастой, похожей на призму белковой оболочке, которая содержит их ДНК.

Хвосты фагов, как и прически, различаются по длине и стилю: одни длинные и упругие, другие короткие и жесткие. В то время как большинство фагов имеют короткие, микроскопические хвосты, у "бактериофага Рапунцель" P74-26 хвост в 10 раз длиннее, чем у большинства других, и составляет почти 1 микрометр в длину, что примерно соответствует ширине шелка некоторых пауков. Прозвище "Рапунцель" происходит из сказки, в которой девушка с очень длинными волосами была заперта в башне злой ведьмой.

Брайан Келч, доцент кафедры биохимии и молекулярной биотехнологии, который руководил работой, описал P74-26 как "чудовищных размеров хвост".

Хвосты фагов важны для прокалывания бактерий, которые покрыты плотной, вязкой субстанцией. Длинный хвост P74-26 позволяет ему проникать и заражать самые крепкие бактерии. P74-26 не только обладает чрезвычайно длинным хвостом, но и является самым стабильным фагом, что позволяет ему существовать и заражать бактерии, живущие в горячих источниках, температура которых может достигать 76° C. Исследователи изучают P74-26, чтобы выяснить, почему и как он может существовать в таких экстремальных условиях.

Для работы с фагом, который процветает при таких высоких температурах, Аньелло пришлось изменить условия своих экспериментов, чтобы заставить хвост фага собраться в пробирке. По словам Келча, Аньелло создала систему, с помощью которой она могла вызвать быструю самосборку хвоста.

"Каждый хвост фага состоит из множества мелких строительных блоков, которые собираются вместе и образуют длинную трубку. Наше исследование показало, что эти строительные блоки могут менять форму, или конформацию, по мере того, как они собираются вместе, – говорит Агнелло, – Это изменение формы важно для того, чтобы строительные блоки могли соединяться друг с другом и формировать правильную структуру хвостовой трубки".

Исследователи использовали высокомощные методы визуализации, а также компьютерное моделирование и обнаружили, что строительные блоки хвоста опираются друг на друга, чтобы стабилизировать себя.

"Мы использовали технику, называемую криоэлектронной микроскопией, которая представляет собой огромный микроскоп, позволяющий делать тысячи снимков и коротких видеороликов при очень большом увеличении, – объяснил Аньелло, – Сделав множество снимков хвостовых трубок фага и сложив их вместе, мы смогли выяснить, как именно строительные блоки подходят друг к другу".

Они обнаружили, что P74-26 использует механизм "шарик и гнездо" для фиксации себя. Кроме того, хвост формируется из вертикально уложенных колец молекул, которые образуют полый канал.

"Мне нравится думать об этих строительных блоках фага как о чем-то вроде Лего, – сказал Келч, – У Лего есть шпильки с одной стороны и отверстия или гнезда с другой. Представьте себе Лего, в котором гнезда сначала закрыты. Но когда вы начинаете строить из Лего, гнезда начинают открываться, чтобы позволить шпилькам на других Лего собрать более крупную конструкцию. Это движение является важным способом саморегуляции сборки этих строительных блоков фага".

Келч отметил, что по сравнению с большинством фагов, P74-26 использует вдвое меньше строительных блоков для формирования колец, из которых состоит хвост.

"Мы думаем, что произошло то, что какой-то древний вирус соединил свои строительные блоки в один белок. Представьте, что два маленьких кирпичика Лего сплавлены в один большой кирпич без швов. Этот длинный хвост построен из более крупных и прочных строительных блоков, – объясняет Келч, – Мы думаем, что это может стабилизировать хвост при высоких температурах".

Теперь исследователи планируют использовать генетические манипуляции для изменения длины хвоста фага и посмотреть, как это изменит его поведение.

Фаги обитают практически во всех уголках земного шара и имеют важное значение для различных отраслей, таких как здравоохранение, охрана окружающей среды и безопасность продуктов питания. Более того, длиннохвостые фаги, такие как P74-26, были использованы в предварительных клинических испытаниях для лечения некоторых бактериальных инфекций.

"Бактериофаги вызывают все больший интерес как альтернатива антибиотикам для лечения бактериальных инфекций, – сказал Аньелло, – Изучая сборку фагов, мы можем лучше понять, как эти вирусы взаимодействуют с бактериями, что может привести к разработке более эффективных методов лечения на основе фагов. … Я верю, что изучение уникальных, интересных вещей может привести к находкам и применениям, которые мы пока даже не можем себе представить".

Ранее Фокус писал об охоте на зомби. Ученые пробудили вирус, "спящий" в вечной мерзлоте на протяжении последних 50 тысяч лет.