Вирусы используют новую эволюционную модель для адаптации

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги обнаружили доказательства нового пути эволюции, а вместе с ним и более глубокое понимание того, как быстро организмы, такие как вирусы, могут адаптироваться к окружающей их среде.

Описывая свои выводы в выпуске журнала Science от 30 марта, ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего провели серию экспериментов с бактериальным вирусом и обнаружили, что он может заразить «нормальных» хозяев, как и ожидалось, но также — через процесс, ранее невидимый в эволюции — приобрел способность заражать новых хозяев.

Исследователи говорят, что их результаты, которые касаются давних загадок того, как гены приобретают новые функции и как мутации возникают для облегчения передачи вируса с одного хозяина на другого, могут быть применены к исследованиям вирусных заболеваний, таких как вирус Зика, Эбола и птичий грипп.

«Это исследование показывает нам, что вирусы гораздо более адаптируемы, чем предполагалось ранее», — сказал Джастин Мейер, старший автор статьи. «Узнав, как вирусы достигают эволюционной гибкости, мы получаем новое представление о том, как создавать блоки для них, чтобы остановить появление новых заболеваний».

Вирусы заражают, присоединяясь к молекулярным рецепторам на поверхности клеток. Эти рецепторы являются «замками», которые вирусы должны открывать для входа в клетки. «Ключами» к замкам являются вирусные белки, называемые белками распознавания хозяина.

Исследователи, работающие в этой области, сосредоточились на том, как мутации меняют эти белковые ключи, и какие изменения позволяют им получить доступ к новым замкам. Ученые уже давно знают, что вирусы могут получить новые ключи с относительно небольшим количеством мутаций, но они не решили тайны того, как появляются эти мутации.

Этот вопрос привел ученых к совместным усилиям с исследователями из Калифорнийского университета Сан-Диего, Института науки о Земле и жизни в Токио и Йельском университете.

Кэтрин Петри в лаборатории Мейера провела эксперименты проекта по лямбда-вирусу, который заражает бактерии, но не людей, и обеспечивает широкую гибкость в лабораторных испытаниях. Исследователи обнаружили, что лямбда преодолевает проблему использования нового рецептора, нарушая общепринятое правило молекулярной биологии, посредством которого генетическая информация преобразуется в белок — молекулу, которая составляет живые клетки и вирусы.

Петри и его коллеги обнаружили, что один ген вируса иногда дает несколько разных белков. Лямбда-вирус развил белковую последовательность, которая была подвержена структурной нестабильности, которая приводит к созданию по меньшей мере двух разных белков распознавания хозяина. К счастью для вируса, но не для его хозяина, эти различные типы белков могут открывать разные блокировки.

«Мы смогли зафиксировать этот эволюционный процесс в действии», — сказала Петри, ведущий автор исследования. «Мы обнаружили, что «ошибки» белка позволили вирусу заразить его нормального хозяина, а также различные клетки хозяина. Это негетическое изменение белка является способом доступа к большему количеству функций из одной последовательности гена ДНК».

Исследователи теперь ищут дополнительные примеры своего недавно обнаруженного эволюционного феномена и ищут доказательства того, насколько он распространен.

Больше информации: K.L. Petrie el al., «Destabilizing mutations encode nongenetic variation that drives evolutionary innovation,» Science (2018). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.aar1954