Учени проучват видове протеини, които различните гени кодират

Учените откриха "пръстовите отпечатъци" на мистериозни вируси, скрити в древна група микроби, които може да са спомогнали за възникването на целия сложен живот на Земята: от гъбичките през растенията до хората.Тези микроби - известни като Асгардски археи по името на обиталището на боговете в скандинавската митология - се крият в студените седименти дълбоко в океана и във врящите горещи извори и са съществували на Земята преди появата на първите еукариотни клетки, които носят своята ДНК в ядрото.

Заразявайки археите на Асгард, вирусите може да са повлияли на начина, по който са се появили такива форми на живот, и дори да са дали началото на някои от първите предшественици на ядрото, предполагат някои учени. Но досега не са открити вируси, заразяващи Асгард. Сега учените са идентифицирали множество вируси, които могат да заразяват древните археи.

"Това са първите проучвания, изследващи археални вируси от Асгард; досега не беше известно нищо", казва Сузане Ердман, ръководител на изследователската група по археална вирусология в Института за морска микробиология "Макс Планк" в Бремен, Германия, която не е участвала в проучванията.

В бъдеще тази насока на изследване може да разкрие дали и как вирусите са участвали в появата на еукариотните клетки на Земята, казва Ердман в имейл до Live Science.

В новото изследване учените са търсили доказателства за вирусна инфекция, вградени в ДНК на археите от Асгарда. Тези вградени доказателства са под формата на кратки отрязъци от вирусна ДНК, наречени "CRISPR spacers".

Повечето хора, които чуват термина CRISPR, се сещат за известния инструмент за редактиране на гени, който позволява на учените лесно да манипулират генетични последователности, казва Йън Рамбо, бивш докторант в Института за морски науки към Тексаския университет в Остин и първи автор на едно от изследванията в Nature Microbiology. Този инструмент за редактиране на гени обаче първоначално е бил адаптиран от естествените защитни механизми на бактериите и археите, каза той пред Live Science.

Съкращението "CRISPR" означава "клъстери от редовно разположени къси палиндромни повторения" и се отнася до област от ДНК, съставена от къси, повтарящи се последователности с "интервали", разположени между всяко повторение. Бактериите и археите извличат тези интервали от вирусите, които ги заразяват, и по този начин клетките поддържат банка с памет за вирусна ДНК, която им помага да разпознават вирусите, ако те ги нападнат отново.

"Това е адаптивна имунна система, която помни тези предишни инфекции", казва Рамбо, който сега е постдокторант в Службата за селскостопански изследвания към Министерството на земеделието на САЩ.

Рамбо и колегите му издирват в басейна Гуаймас в Калифорнийския залив - воден басейн между Баха Калифорния и континентална част на Мексико - такива ДНК интервали в образци от археи Асгард, събрани от седименти в близост до хидротермални извори, на около 1,25 мили (2 км) под повърхността на водата.

Екипът съпоставя намерените интервали с по-дълги участъци вирусна ДНК, събрани от дълбоководната среда.

"Сравнително лесно е да се секвенират вируси от дълбоководни седименти ... но предизвикателството е да се разпознае кои гостоприемници заразяват тези вируси", казва Март Крупович, ръководител на звеното по археална вирусология в Института Пастьор в Париж и съавтор на другите две изследвания. "CRISPR spacer matching е най-удобният и най-убедителният и надежден подход за определяне на гостоприемника".

В крайна сметка екипът на Рамбо открива шест вируса, които заразяват два вида археи от Асгард, наречени Lokiarchaeota и Helarchaeota съответно на името на скандинавския бог Локи и богинята Хел. Изследователите кръщават новооткритите вируси на скандинавски митологични същества, сред които гигантският вълк Фенрир и драконът Нидхог.

По подобен начин в едно от изследванията Крупович и колегите му откриват два вируса, които наричат Huginn и Muninn, по името на двата гарвана, които служат като разузнавачи на скандинавския бог Один; тези вируси са открити в генома на Асгард, взет от горещ извор в националния парк Йелоустоун.

В последното проучване Крупович и неговите съавтори откриват вируси в дълбоководни седименти, събрани от полуостров Шимокита, североизточния нос на японския остров Хоншу, както и от две други места в Тихия океан и едно в Индийския океан.

В тези проби те откриват три фамилни групи вируси, които кръщават на трите норни - Wyrd, Verdandi и Skuld - свръхестествени същества, които определят съдбите на боговете и смъртните в скандинавската митология.

Работейки по вирусната ДНК, изследователите могат да направят извод за видовете протеини, които различните гени кодират, и следователно как биха могли да изглеждат и функционират вирусите.

Например вирусите, наречени на Норн Верданди, вероятно имат опашки, които се простират от външните им обвивки, или капсиди, а вирусите, наречени на Уайрд, вероятно са с лимонообразна форма - определят Крупович и колегите му.

Екипът на Рамбо също така открива доказателства, че вирусите на Nidhogg може да са в състояние да превземат ключови протеини в клетките на своите гостоприемници, които биха помогнали на вирусите да изпомпват нови свои копия. (Вирусите, които заразяват еукариотни клетки, превземат своите гостоприемници по подобен начин.)

В крайна сметка изследователите са успели да разберат функциите само на някои от гените на вирусите; функциите на по-голямата част от гените все още са неизвестни, казва Ердман. Освен това, тъй като CRISPR не работи срещу всички вируси, вероятно тепърва ще бъдат открити още много вируси, заразяващи Aсгард каза тя.

Един от начините да се открият тези скрити вируси е да се отглеждат археи от Aсгард в лаборатория и да се изолират всички вируси, открити в клетките им. "Култивирането на археите на Асгард обаче се оказа много трудно", отбеляза Ердман.

Докато в лабораторията не могат да бъдат отгледани повече Асгарди, CRISPR съчетаването на спейсери вероятно е най-ефективният начин за намиране на повече вируси, казва Крупович. И тъй като се откриват все повече и повече вируси, тяхната роля в появата на еукариотите - включително и на човека - може да стане по-ясна, каза Рамбо пред Live Science./БГНЕС