Вирусы на ледниках проливают свет на механизм эволюции

Международная группа ученых под руководством Кристофера Белласа, изучающая жизнь на поверхности ледников в Арктике и Альпах, ставит под сомнение предположения об эволюции вируса. Их исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что, вопреки ожиданиям, вирусы, обнаруженные на ледниках в Альпах, Гренландии и Шпицбергене, удивительно устойчивы в окружающей среде.

Вирусы часто рассматриваются как человеческая проблема, однако они являются наиболее распространенными биологическими объектами на планете. В каждой чайной ложке речной, озерной или морской воды содержатся миллионы вирусов, и они встречаются везде, где есть жизнь, и потенциально заражают все живые существа. Большинство из них совершенно безвредны для человека и заражают животных, растения и микроскопические бактерии, которые он захватывает и перепрограммирует для производства новых вирусных частиц, часто разрушая эти клетки в процессе. Ежедневно вирусы уничтожают большое количество микроорганизмов в окружающей среде, изменяя энергетические потоки в пищевых сетях в глобальных масштабах. «Понимание того, как развиваются и функционируют вирусы, позволяет нам предсказывать их роль в окружающей среде и то, как они взаимодействуют со своими хозяевами», — говорит Кристофер Беллас с факультета экологии Университета Инсбрука. Вместе с коллегами из университетов Бристоля, Рединга и Аберистуита в Великобритании, Миннесотского университета в США и Орхусского университета в Дании он секвенировал и сравнил геномы (суммарную ДНК) вирусов, заражающих микробы на поверхности ледника. Исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что вирусы, обнаруженные на ледниках в Альпах, Гренландии и на Шпицбергене, имеют почти идентичные геномы в этих изолированных местах, что противоречит тому, что мы знаем о быстрой эволюции вирусов.

Эволюционная гонка вооружений

Из лабораторных исследований известно, что вирусы быстро эволюционируют, чтобы не отставать от своих хозяев, которые одновременно вырабатывают защиту от вирусной инфекции, и эта эволюционная гонка вооружений означает, что они должны оставаться в равновесии друг с другом. Это известно как гипотеза «Красной Королевы» в честь персонажа Алисы в стране чудес, который говорит: «Чтобы оставаться на одном месте, нужно бежать столько, сколько вы можете сделать». «Это означает, что когда мы секвенируем геномы вирусов из двух изолированных, давних мест, мы не должны находить одни и те же геномы вирусов дважды», — говорит Кристофер Беллас. Вирусы, изученные исследовательской группой, возникли в очень необычных местах обитания на поверхности ледников и ледяных щитов, называемых криоконитовыми дырами. Эти небольшие бассейны с талой водой на ледниках — идеальные места для проверки эволюции вирусов, поскольку они представляют собой воспроизведенные миниатюрные сообщества микробов, обнаруженные в ледниках, широко разбросанных по всему миру.

Генетическая фруктовая машина

Когда исследователи изучили геномы вирусов из изолированных отверстий криоконита, расположенных на расстоянии тысяч километров друг от друга, они ожидали обнаружить, что каждый из них содержит разные вирусы, связанные друг с другом на расстоянии. На самом деле они обнаружили, что большинство вирусов, вызывающих бактерии (фаги), были почти идентичны между Арктикой и Альпами. Однако, когда они внимательно изучили свои стабильные геномы, они увидели, что в каждом геноме есть много небольших участков, где ДНК из других родственных вирусов часто заменяется местами в процессе, известном как рекомбинация. В каждом отдельном месте вирусы меняли местами гены в этих взаимозаменяемых областях, как своего рода генетическая фруктовая машина. «Это означает, что в естественной среде обмен генами между вирусами путем рекомбинации приводит к большому разнообразию вирусных популяций, особенно в генах, которые участвуют в распознавании и прикреплении к разным хозяевам, потенциально давая вирусам возможность быстро адаптироваться к разным hosts.» в окружающей среде, — объясняет Кристофер Беллас.

ссылки