Анализ баз данных последовательностей выявляет новые геномы кольцевой РНК, принадлежащие так называемым "обелискам".
Собирая и анализируя огромное количество генетических последовательностей растений, животных и микробов, биологи постоянно сталкиваются с сюрпризами, в том числе с такими, которые могут поставить под сомнение само определение жизни. Последний из них, о котором сообщено на этой неделе, - это новый вид вирусоподобных существ, которые обитают в бактериях, живущих в ротовой полости и кишечнике человека. Эти "обелиски", как их называет команда Стэнфордского университета, обнаружившая их, имеют геномы, состоящие, по-видимому, из петель РНК, и последовательности, принадлежащие им, были обнаружены по всему миру. Другие ученые в восторге от обнаружения обелисков. "Это просто невероятно", - делится Марк Пейфер, биолог, изучающий клетки и развитие в Университете Северной Каролины. "Чем больше мы смотрим, тем больше диковинок мы видим".
Пока неизвестно, влияют ли обелиски на здоровье человека, говорит Мэтью Салливан, интегративный биолог из Университета штата Огайо, но они могут изменять генетическую активность своих бактериальных хозяев, что, в свою очередь, может повлиять на гены человека. Большинство людей знают РНК как альтер-эго ДНК, передающую рецепты производства белков, закодированные в генах ДНК, на молекулярные "кухни" вне клеточного ядра, где происходит соединение аминокислот в белок. Но более 200 вирусов, включая вирусы гриппа, Эболы и COVID-19, обходятся без ДНК, имея геномы, состоящие только из РНК. Их геномы включают последовательности, кодирующие белки, из которых состоит вирусная оболочка, и рибозимы - ферменты, позволяющие вирусу копировать свою оригинальную РНК, попав в клетку.
Ученые до сих пор спорят, являются ли вирусы живыми - они не могут реплицироваться независимо от молекул клетки-хозяина, - но есть и более простые "существа". Сначала вирусологи столкнулись с вироидами - петлями РНК без типичной для вирусов белковой оболочки. Геномы вироидов, похоже, вообще не кодируют никаких белков. Вироиды вызывают большой интерес, поскольку они взаимодействуют с геномами растений, иногда разрушительным образом - например, вызывают задержку роста и деформацию картофеля, хризантем и других культур и цветов.
Долгое время считалось, что вироиды распространены только в растениях, однако недавно в базах данных последовательностей животных, бактерий и других форм жизни были обнаружены вироидоподобные геномы кольцевых РНК. В ходе нового поиска неоткрытых РНК-геномов биолог из Стэнфорда Эндрю Файр, его аспирант Иван Желудев и их коллеги разработали сложное программное обеспечение для анализа существующих каталогов активных генов микроорганизмов, живущих в организме человека, на предмет выявления последовательностей РНК, которые, согласно прогнозам, образуют кольца - структуру генетического материала, характерную как для вирусов, так и для вироидов. "Меня очень впечатлил этот подход", - говорит специалист по вычислительной биологии Саймон Ру из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли (США), который работал над статьей 2023 года, в которой говорилось о том, что бактерии могут содержать вироиды или подобные им организмы. "Авторы подошли к делу очень творчески".
В результате поиска было получено около 30 000 предсказанных кольцевых РНК, каждая из которых состояла примерно из 1000 оснований и, вероятно, представляла собой отдельный обелиск. Авторы пришли к выводу, что они вряд ли являются настоящими вирусами, поскольку РНК-вирусы обычно содержат гораздо больше оснований. Однако некоторые из последовательностей обелисков кодировали белки, участвующие в репликации РНК, что делает их более сложными, чем стандартные вироиды. Однако, как и вироиды, обелиски, похоже, не кодируют белки, составляющие оболочку. Ру говорит, что необходима дальнейшая работа, чтобы понять, насколько обелиски отличаются от вироидов и других вироидоподобных частиц.
Среди изученных баз данных человеческих микроорганизмов последовательности обелисков были обнаружены в 7% бактерий кишечника человека и в половине бактерий ротовой полости. При этом обелиски в микробах из разных частей тела имеют отличительные последовательности, сообщают Файр и коллеги в своем препринте, опубликованном 21 января на сайте bioRxiv. Поскольку обелиски содержат гены, не похожие ни на один из обнаруженных до сих пор в других организмах, они "составляют класс разнообразных РНК, которые колонизировали и остались незамеченными в микробиомах человека и всего мира", - пишут авторы.
"Я думаю, что эта [работа] - еще одно четкое свидетельство того, что мы все еще исследуем границы этой вирусной вселенной",
- замечает Ру, который также занимается поиском новых видов вирусоподобных существ и помог собрать базу данных из более чем 15 миллионов соответствующих последовательностей. Один из главных вопросов - развились ли вирусы из все более сложных вироидов и обелисков или же сначала возникли, а затем выродились в эти более простые структуры. "Это одна из самых захватывающих загадок в этой области", - говорит Ру: "Мы видим, как постепенно начинает вырисовываться картина длительной эволюции вирусов на Земле".
