Новости

Новая статья в журнале Molecular Biology and Evolution показывает, что в популяциях ВИЧ у людей с более высокой вирусной нагрузкой также выше уровень вирусной рекомбинации. Таким образом, чем больше ВИЧ в крови, тем легче вирусу диверсифицироваться.    Одна из причин, по которой с ВИЧ исторически было так трудно бороться, - исключительно высокая скорость рекомбинации вируса. Рекомбинация обеспечивает обмен генетической информацией между штаммами вируса и способствует эволюции ВИЧ среди людей. Этот генетический обмен помогает вирусу избегать иммунной системы и становиться устойчивым ко многим препаратам, предназначенным для лечения ВИЧ.    В целом рекомбинация является важным фактором эволюции, позволяющим организмам очищать разрушительные мутации и добавлять полезные. Несмотря на ее важность, ученые пока не понимают, как изменяется скорость рекомбинации при ВИЧ-инфекции или у разных людей. Понимание факторов, влияющих на скорость рекомбинации у такого хорошо изученного вируса, как ВИЧ, может помочь раскрыть некоторые из эффектов, которые рекомбинация оказывает на эволюцию в более широком смысле.    Одним из важных, но малоизученных этапов рекомбинации при ВИЧ является коинфекция, когда две разные вирусные частицы заражают одну и ту же клетку. Несмотря на давний интерес к рекомбинации ВИЧ, мы пока не понимаем, могут ли вариации в скорости коинфекции привести к вариациям в скорости рекомбинации. Хотя исследования ВИЧ в клеточных культурах и на мышах показали, что рост коинфекции связан с увеличением количества рекомбинантных вирусов, неизвестно, наблюдается ли этот эффект у людей, живущих с ВИЧ.    Ученые, участвовавшие в новом исследовании, предположили, что люди с более высокой вирусной нагрузкой (большее количество ВИЧ в крови) будут иметь больше клеток, которые коинфицированы, что приведет к более высокой частоте рекомбинации вируса. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые разработали новый подход под названием Recombination Analysis via Time Series Linkage Decay (анализ рекомбинации через распад связей во временном ряду - RATS-LD) для количественной оценки рекомбинации с помощью генетических ассоциаций между мутациями с течением времени.    Авторы проверили RATS-LD на симуляционных данных в условиях секвенирования с коротким чтением, а затем применили его к данным секвенирования с высокой пропускной способностью, стратифицировав популяции по вирусной нагрузке (косвенный показатель плотности). Среди отобранных вирусных популяций с самой низкой вирусной нагрузкой (копий/мл) скорость рекомбинации совпадала с существующими оценками. Однако среди образцов с самой высокой вирусной нагрузкой, медианная оценка была примерно в 6 раз выше. Помимо того, что скорость рекомбинации и вирусная нагрузка различаются у разных людей, ученые также обнаружили, что они связаны между собой в разных временных точках. Полученные данные свидетельствуют о том, что рекомбинация не является постоянной и единообразной силой, а может динамично и резко меняться с течением времени.    Многие организмы, такие как бактерии и растения, не нуждаются в рекомбинации для размножения, но могут извлекать из нее пользу. Для обмена генетическим материалом эти организмы также полагаются на то, что два разных генома встретятся друг с другом в одном и том же месте и в одно и то же время. В связи с этим результаты исследования позволяют предположить, что плотность популяции может влиять на эффективную скорость рекомбинации в различных условиях.    "Бурный рост данных секвенирования за последние несколько десятилетий позволил генетикам глубже понять, что скорость рекомбинации может зависеть от контекста и подвержена влиянию множества различных молекулярных факторов", - говорит Елена В. Ромеро, один из авторов работы. "Здесь мы показываем, что плотность популяции может служить одним из этих ранее недооцененных факторов для вирусов".

Война между бактериями и фагами, самыми распространенными организмами на планете, ведется уже миллиарды лет и играет важную роль в биоразнообразии.    Коэволюция бактерий и фагов привела к появлению множества защитных и наступательных стратегий как для фагов, так и для бактерий. Фаги, заражая бактерии, могут выбирать один из двух жизненных циклов: литический или лизогенный. В литическом цикле фаг захватывает бактериальный механизм и производит множество фаговых частиц, которые затем высвобождаются в окружающую среду, что приводит к лизису и гибели бактериальной клетки-хозяина.     В лизогенном цикле генетический материал фага встраивается в геном хозяина, передается потомству клетки и может индуцировать производство новых фагов в будущем. Поскольку лизогенная клетка обычно невосприимчива к дальнейшему инфицированию тем же или подобным фагом, лизогенный путь должен быть выгоден, когда поблизости остается лишь небольшое количество незараженных бактерий, тогда как литический путь предпочтительнее, когда поблизости остается много незараженных бактерий.     Таким образом, фаг может получить значительное стратегическое преимущество, если у него есть информация о том, сколько незараженных бактерий осталось в окружающей среде, или о соотношении их количества к количеству свободных фагов. Важность такой информации была обнаружена ранее для бактериофага λ, где было показано, что при одновременном заражении клетки несколькими фагами предпочтительнее лизогенный путь, хотя недавние исследования показывают, что высокая скорость лизогении может иметь место и при высокой плотности клеток.    Недавно были обнаружены фаги, использующие еще более сложные механизмы для получения столь важной информации. Erez et al. показали, что некоторые фаги выделяют специфический пептид (названный arbitrium) при литической инфекции. Позже Aframian et al. показали, что арбитриум может выделяться даже спящим фагом изнутри лизогенной клетки. Этот пептид воспринимается вновь инфицирующим фагом и влияет на соотношение процессов лизиса и лизогении. Высокая концентрация пептида в среде означает, что поблизости недавно произошло несколько заражений, а значит, вероятно, присутствует большая концентрация свободных фагов. В этом случае фаг должен предпочесть лизогенный путь, поскольку выпуск большего количества фагов, скорее всего, не приведет к дальнейшему инфицированию. Такая зависимость соотношения лизогенных и лизирующих путей от концентрации пептида была действительно экспериментально продемонстрирована.    Silpe и Bassler продемонстрировали еще один механизм сбора информации, используемый фагом: "подслушивание" бактерий. Многие бактерии передают друг другу информацию, выделяя и воспринимая небольшие молекулы в процессе, называемом кворум сенсинг. Некоторые фаги приобрели способность подслушивать эту кворум-сенсинговую коммуникацию (экспрессируя рецептор, схожий с бактериальным), таким образом предоставляя фагу прямую информацию о плотности соседних бактерий. Такая информация, разумеется, может влиять и на решение о выборе лизогении или лизиса.    Чтобы собирать информацию из окружающей среды и соответствующим образом изменять свое поведение, фаг должен нести дополнительные гены и экспрессировать их. Это сопряжено с определенными издержками. Например, дополнительный ген может замедлять скорость роста лизогенной клетки или уменьшать продолжительность цикла на литическом пути. Хотя фаги, использующие дополнительную информацию, естественно, выигрывают в конкуренции с фагами с фиксированной стратегией, информация может быть "платной", например, поскольку необходимые дополнительные гены могут влиять на скорость роста лизогена или длительность цикла для пути лизиса.  Удивительно, но даже когда фаги платят большую цену за информацию, они все равно могут сохранять преимущество над фагами, у которых эта информация отсутствует, что говорит о высокой пользе сбора информации в войне фагов с бактериями.