Недавно СМИ облетела новость: ученые обнаружили в планктоне озера Байкал целый затерянный мир ДНК-вирусов. Секвенирование выявило 47 CRESS-подобных геномов, которые оказались совершенно новыми, не имеющими аналогов в мире. Один из авторов исследования, научный сотрудник Лимнологического института СО РАН (Иркутск) Сергей Анатольевич Потапов рассказал о том, чем интересны эти вирусы ученым, откуда у них сходные черты с вирусами из США и Новой Зеландии и представляют ли эти вирусы опасность для человека?
— В чем особенность CRESS-вирусов по сравнению с другими группами?
— Особенность CRESS-вирусов отражена в их названии — Circular Rep-encoding single-stranded (CRESS) DNA viruses, все они реплицируются по принципу катящегося кольца. Их геном — это маленькая кольцевая одноцепочечная ДНК (оцДНК), у многих представителей ее длина составляет менее десяти тысяч нуклеотидов. Эта ДНК кодирует капсидный белок и характерный белок Rep (Replication initiator protein), который необходим для репликации вируса. Именно Rep мы использовали в качестве маркера для идентификации, классификации и оценки разнообразия этих последовательностей. CRESS-вирусы — довольно разнообразная группа, включающая на сегодняшний день 24 семейства. Несмотря на свою примитивность, они имеют широкий круг хозяев: от архей (по некоторым данным) до животных.
— Что было известно про CRESS-вирусы Байкала до начала вашего исследования? Почему к ним возник интерес?
— На самом деле, про них было известно довольно мало. Мы (соавторы статьи — группа ученых из ЛИН СО РАН и НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера, Санкт-Петербург. — Прим. ред.) и наши коллеги (старший научный сотрудник ЛИН СО РАН кандидат биологических наук Татьяна Владимировна Бутина с соавторами) ранее видели последовательности этих вирусов в метагеномных данных из воды озера Байкал, но до этого исследования детально не изучали.
Метагеномика является сейчас основным способом исследования вирусов в природных местообитаниях. Культивирование вирусов — это очень затратный по времени и сложный процесс, который в конечном счете может не привести к успеху. Кроме того, для культивирования вируса нужно получить его хозяина в чистой культуре и провести инфицирование в эксперименте, что также является сложной, а иногда и невыполнимой задачей. Именно метагеномика позволила нам выявить байкальские CRESS-вирусы, и их было очень мало по сравнению с двухцепочечными ДНК-содержащими вирусами. Таким образом, интерес к этой группе возник из-за их ускользающего количества в данных метагеномики из воды Байкала (менее 1 % от всех вирусных последовательностей на образец). У меня появилось желание детально изучить эти немногочисленные последовательности, узнать, насколько они разнообразны в озере и представлены ли похожие последовательности в мировых базах данных.
— Как проходило исследование и что оно показало?
— Мы отбирали образцы воды, пропускали их через фильтры с диаметром пор 200 нанометров для получения вирусной фракции, выделяли ДНК вирусов и осуществляли ее высокопроизводительное секвенирование. Затем следовали биоинформатический анализ данных и интерпретация результатов.
На основе ряда анализов (филогенетического, структурного, сравнительного) мы сделали вывод, что байкальские CRESS-вирусы являются новыми, не имеющими 100 % сходства с известными в базах данных. Здесь важно учитывать, что эти вирусы обладают довольно высокой скоростью мутации. Кроме того, как показано в работах наших коллег, CRESS-ДНК-вирусы представляют собой динамичную популяцию, в которой обмен фрагментами генов чрезвычайно распространен. Другой важный результат нашей работы — депонирование (включение) определенных нами геномов в международную базу данных. Это позволит другим исследователям проводить сравнительные анализы с выявленными нами последовательностями.
— В статье отмечается, что некоторые байкальские CRESS-вирусы имеют сходство с аналогичными вирусами из США, Новой Зеландии, Швеции. Чем это можно объяснить?
— Учитывая слабую изученность этой группы и небольшой объем данных из природных источников, сложно сказать однозначно, думаю, в будущем нам еще предстоит ответить на этот вопрос. Отмечу, что у большинства последовательностей сходство с другими вирусами было невысоким. Только для одной последовательности на аминокислотном уровне удалось найти в базе данных RefSeq NCBI родственника со сходством 77,2 %, им оказался кольцевой вирус, ассоциированный с пресноводной мидией, выловленной в маленьком высокогорном озере Сара в Новой Зеландии. У остальных последовательностей общих черт с другими вирусами было значительно меньше.
— Можно ли сказать, что обнаруженные уникальные вирусные кластеры Байкала — это не результат заражения озера, а важная естественная часть его экосистемы?
— Конечно, ни о каком заражении речи быть не может. То, что мы начали изучать эти вирусы, не означает, что они появились внезапно. Сложная структура вирусного разнообразия, вероятно, характерна для природных экосистем, в том числе для Байкала. Наличие в воде озера тех или иных вирусов, действительно, является естественной частью его экосистемы.
— Кого заражают CRESS-вирусы Байкала и могут ли они представлять потенциальную опасность для человека?
— Пока сложно ответить на вопрос, кто выступает хозяином этих вирусов в Байкале. Мы предполагаем, что ими могут являться членистоногие, моллюски, рыбы. Однако об этом мы может судить только по литературным данным, так как мы не культивировали эти вирусы в лаборатории. Проведенный нами сравнительный анализ аминокислот показывает, что нет гомологов, которые имели бы отношение к вирусам, способным поражать людей. Таким образом, наши данные не выявили никаких признаков опасности обнаруженных байкальских CRESS-вирусов для человека.
— Каким образом CRESS-вирусы Байкала могут помочь изучению законов вирусной эволюции? Планируете ли вы продолжать их исследование?
— Изучение уникальных вирусных сообществ изолированных экосистем, таких как Байкал, позволяет получить новые данные о генетическом разнообразии и эволюционных путях вирусов, в частности о механизмах генетического обмена (химеризма). Так как это исследование является пилотным, в дальнейшем мы планируем расширить географию отбора образцов, чтобы более детально изучить разнообразие этой интересной группы вирусов. Следите за нашими новыми публикациями!
Диана Хомякова
Фото автора
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии