Від власних паразитів мімівіруси захищаються за допомогою молекулярно-генетичної системи, яку, ймовірно, колись запозичили у бактерій.
Віруси настільки своєрідні за своєю природою, що досі біологи сперечаються, чи вважати їх живими: самі по собі вони являють собою лише молекулярний комплекс з білків, нуклеїнових кислот і - іноді - ліпідів, у них немає обміну речовин, а для розмноження вірусам потрібно потрапити в чиюсь клітку. Та й потрапивши всередину бактерії або еукаріотичної клітини, вони використовують господарські молекулярні машини, щоб наробити власних копій.
Геном у вірусів дуже маленький - природно, адже вони в буквальному сенсі приходять на все готове, коли заражають клітку. Їхнє походження та еволюція залишається загадкою. Хтось вважає, що вони не мають ніякого відношення до живих організмів, що це просто оскаженілі молекулярні комплекси, які або існували на зорі життя, або вирвалися на волю з клітин, що вже сформувалися, хтось вважає, що їх цілком можна включити в древо життя, що вони беруть свій початок від останнього спільного предка всього живого на Землі, і що перші з вірусів мали набагато складнішу будову, ніж їхні сучасні нащадки.
Пристрасті навколо вірусів розгорілися з новою силою, коли були виявлені гігантські віруси - мімівіруси, мегавіруси, пандоравіруси і піфовіруси. Історично першим з них був мімівірус, знайдений в амбах, і він же потім виявився за розміром самим невеликим з «гігантів». Однак у порівнянні з іншими вірусами він вельми і досить великий: мімівірусна частинка в діаметрі досягає мікрометра, і щоб її побачити, досить світлового мікроскопа.
Мімівіруси схожі з деякими звичайними вірусами - зокрема, з вірусом віспи - проте в мімівірусних генах закодовані ферменти, необхідні для синтезу амінокислот і нуклеотидних підстав ДНК, і ще ряд складних білків. Розміром геному мімівіруси перевершують не тільки звичайних вірусів, а й деяких бактерій.
Але і це виявилося не все - у гігантських вірусів виявилися власні віруси-паразити, так звані вірофаги. Вони розмножуються в тих же клітинах, що і великі віруси, геном вірофагу кодує деякі білки, необхідні для копіювання спадкової молекули, але при тому вірофаг використовує в деяких молекулярних процесах білки вірусу-господаря.
Відомо, що різні вірофаги віддають перевагу різним «гігантам», наприклад, вірофаг Замілон вражає сімейство Mimiviridae (тобто мімівірусів). І ось Бернару Ла Скола (Bernard La Scola) і Дідьє Раулю (Didier Raoult) з інституту INSERM, які в 2014 році відкрили вірофага Замілон, спало на думку, що у мімівірусів цілком може існувати система захисту від паразита. Дійсно, виявилося, що такий «вірусний антивірусний» захист є, і що він дуже схожий на аналогічну систему у бактерій, звану CRISPR.
Молекулярно-генетичну систему CRISPR/Cas часто називають бактеріальним імунітетом, тому що з її допомогою бактерія може запам'ятовувати інформацію про віруси і використовувати її для захисту від майбутніх інфекцій. Працює вона так: у бактеріальній хромосомі є ділянка CRISPR, скорочена від Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats - «короткі паліндромні повтори в ДНК, регулярно розташовані групами».
Повтори перемежуються іншими послідовностями, які вставлені в хромосому з геному вірусів-бактеріофагів. Це і є бактеріальна «імунна пам'ять». Коли в клітині з'являється чужорідна ДНК, бактерія знімає РНК-копію з записаної послідовності і порівнює її з прибульцем. Якщо збіг є, значить, чужу ДНК потрібно зруйнувати.
Зрозуміло, вся процедура здійснюється за допомогою спеціальних білкових комплексів - Cas-ферментів. (Особливий інтерес до системи CRISPR/Cas виник у біотехнологів, коли з'ясувалося, що за допомогою білків Cas можна порівняно легко редагувати геном, ну а зовсім великий шум з приводу CRISPR/Cas піднявся в минулому році, коли китайські дослідники відредагували геном людському ембріону.)
Але повернемося до мімівірусів. Коли Ла Скола, Рауль і їхні колеги проаналізували геноми декількох десятків штамів мімівірусів, то виявилося, що деякі послідовності мімівірусної ДНК збігаються з послідовностями їх вірофагу - тобто це були ніби аналоги CRISPR в бактеріальній хромосомі. Ті штами мімівірусів, у яких такі збіги були, виявилися стійкими до паразита.
Крім того, у мімівірусів знайшли гени білків, схожих за функціями на ферменти Cas - вони також знищували чужорідний генетичний матеріал, що збігся з тим зразком, який був записаний в «імунній пам'яті». Коли роботу таких мімівірусних білків блокували, вірус не міг чинити опір атаці вірофагу. (Про всяк випадок уточнимо, що під атакою тут мається на увазі відведення молекулярних ресурсів: вірофаг ніби переманює до себе молекули, без яких мімівірусу неможливо зібрати свої власні білки.) Результати експериментів опубліковані в статті в Nature.
Деякі компоненти системи CRISPR/Cas є і у інших вірусів, однак незрозуміло, чи працює вона у них або просто лежить мертвим вантажем. Швидше за все, у вірусний геном вона потрапила від бактерій - відомо, що віруси здатні прихоплювати з собою господарські гени.
Як саме працює «вірусний антивірусний імунітет», чи схожий він у цьому сенсі зі звичайним, бактеріальним антивірусним захистом, або у них є відмінності, покажуть подальші дослідження - поки ж, повторимо, ми дізналися тільки те, що деякі віруси (мімівіруси) можуть ефективно захищатися від вірофагів за допомогою бактеріоподібної молекулярно-генетичної захисної системи. Але, як би там не було, еволюційна історія вірусів у світлі нових даних стає ще цікавішою.
За матеріалами Nature News.