Недавно, исследуя глубины океана у побережья Санта-Моники, Калифорния, группа ученых Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружила еще кое-что еще более странное: замечательный новый вирус, который, по-видимому, заражает архей, питающихся метаном, живущих под дном океана. Исследователи были также удивлены, обнаружив, что этот вирус избирательно нацелен на мутацию одного из своих собственных генов и, более того, это делают и некоторые археи.
Результаты исследований опубликованы сегодня в журнале Nature Communications.«Наше исследование показывает, что самоуправляемая мутация актуальна для жизни в недрах Земли, и раскрывает механизмы, с помощью которых вирусы и археи могут адаптироваться в этой враждебной среде», — сказал Дэвид Валентайн, профессор кафедры наук о Земле UCSB и Морских наук университетского городка. Институт (MSI). «Эти открытия поднимают захватывающие новые вопросы об эволюции и взаимодействии микробов, которые называют внутреннюю часть Земли своим домом».Используя подводную лодку, Элвин, Валентин и его коллеги собрали пробы из глубоководных источников метана, проталкивая трубы в дно океана и извлекая отложения.
Содержимое было доставлено обратно в лабораторию и введено газообразный метан, который помог архее в образцах расти. Когда команда исследовала образцы на вирусную инфекцию, они обнаружили новый вирус с характерным генетическим отпечатком, который предположил, что его вероятным хозяином были археи, поедающие метан.«Сейчас считается, что внутри Земли больше биомассы, чем где-либо еще, просто очень, очень медленно живет эта темная, ограниченная по энергии, голодная среда», — сказала соавтор Сара Бэгби, научный сотрудник лаборатории Валентайна.
Исследователи использовали генетическую последовательность нового вируса, чтобы нанести на карту другие случаи появления в глобальных базах данных. «Мы обнаружили частичное генетическое совпадение из просачиваний метана в Норвегии и Калифорнии», — сказал ведущий автор Блэр Пол, научный сотрудник лаборатории Валентайна. «Данные свидетельствуют о том, что этот вирусный тип распространяется по всему миру в глубоководных просачиваниях метана».Дальнейшее исследование выявило еще одну неожиданную находку: создающий разнообразие ретроэлемент, который значительно ускоряет мутацию определенного участка вирусного генома.
Такие небольшие генетические элементы ранее были идентифицированы у бактерий и их вирусов, но никогда не у архей или вирусов, которые их заражают. Хотя элемент самоуправляемой мутации в вирусе архей во многих отношениях явно напоминал известные бактериальные элементы, исследователи обнаружили, что его эволюционная история расходится.«Мишень управляемой мутации — кончики вируса, которые вступают в первый контакт при заражении клетки — была похожа», — сказал Пол. «Способность видоизменять эти подсказки — это наступательная контрмера против защиты клетки — шаг, который напоминает молекулярную гонку вооружений».
Обнаружив управляемую мутацию в вирусе, поражающем археи, ученые пришли к выводу, что сами археи могут использовать тот же механизм для генетической адаптации. Действительно, в ходе тщательного поиска они выявили параллельные особенности в геномах более загадочной подземной группы архей, известной как наноархеи. В отличие от глубоководного вируса, который использует управляемую мутацию для изменения одного гена, наноархеи нацелены как минимум на четыре различных гена.«Это новый рекорд», — сказал Бэгби. «Раньше было замечено, что несколько бактерий нацелены на два гена с помощью этого механизма.
Может показаться, что это не большая разница, но нацеливание на четыре необычно. Если все они запускаются одновременно, внезапно количество комбинаций вариантов белка в игра действительно огромна ".
По словам Валентина, генетическая мутация, которая порождает эти потенциальные вариации, может быть ключевым элементом выживания архей под поверхностью Земли. «Клетка решает модифицировать определенные белки», — объяснил он. «Она выполняет свою собственную белковую инженерию изнутри. Хотя мы не знаем, для чего эти белки используются, я думаю, что изучение этого процесса может рассказать нам кое-что об окружающей среде. в которой эти организмы процветают. Сейчас мы так мало знаем о жизни в этой среде ».