Многие наездники вводят в тела собственных жертв «вирусоподобные частицы», которые помогают личинкам паразита подавить иммунную защиту обладателя. Как выяснилось, гены, управляющие формированием этих частиц, были приобретены паразитическими насекомыми от реального вируса, который 100 млн лет назад встроился в геном их предка.
Паразитоидные наездники — одна из самых разных групп насекомых, включающая
Многие наездники вводят в тела собственных жертв «вирусоподобные частицы», которые помогают личинкам паразита подавить иммунную защиту обладателя. Как выяснилось, гены, управляющие формированием этих частиц, были приобретены паразитическими насекомыми от реального вируса, который 100 млн лет назад встроился в геном их предка.
Паразитоидные наездники — одна из самых разных групп насекомых, включающая 10-ки тысяч видов. Они играют огромную роль в природных экосистемах, также в сельском хозяйстве, контролируя численность растительноядных насекомых, в том числе многих вредителей сельскохозяйственных культур. Личинки наездников развиваются в теле жертвы, пожирая ее заживо. В свое время эта необычная «жестокость природы», может быть, повлияла на мировоззрение Чарльза Дарвина, который увидел в одном из писем, что не может себе представить, как мог благой и милосердный Создатель такое сотворить (при всем этом не единожды, а в 10-ках тысяч вариантов, как мы могли бы сейчас добавить).
Многие наездники впрыскивают в жертву, не считая собственных яиц, также и особые вирусоподобные частицы. Их называют поли-ДНК-вирусами (Polydnavirus, PDV). Оболочка PDV очень похожа на оболочку других вирусов насекомых (в особенности бакуловирусов), но генетическая «начинка» у их совсем другая. Каждый PDV содержит несколько маленьких кольцевых молекул ДНК с генами белков, подавляющих защитную реакцию организма обладателя (например, гусеницы). Это позволяет личинкам наездника беспрепятственно развиваться в теле жертвы.
При всем этом, в отличие от всех обыденных вирусов, PDV не содержат специфичных вирусных генов, подходящих для размножения. Поэтому PDV не могут плодиться в организме гусеницы. Не размножаются они и в организме наездника. По сути дела, они вообще не размножаются. Новые PDV образуются только в яичниках самки наездника. Яичники синтезируют PDV точно так же, как хоть какой орган многоклеточного животного синтезирует различные вещества и молекулярные комплексы для внутреннего использования или выведения наружу.
При всем этом, в отличие от всех обыденных вирусов, PDV не содержат специфичных вирусных генов, подходящих для размножения. Поэтому PDV не могут плодиться в организме гусеницы. Не размножаются они и в организме наездника. По сути дела, они вообще не размножаются. Новые PDV образуются только в яичниках самки наездника. Яичники синтезируют PDV точно так же, как хоть какой орган многоклеточного животного синтезирует различные вещества и молекулярные комплексы для внутреннего использования или выведения наружу.
Эти удивительные особенности поли-ДНК-вирусов заставляли некоторых экспертов колебаться в их вирусной природе. Может быть, PDV в действительности являются не вирусами, а специфическими молекулярными комплексами, показавшимися в процессе эволюции наездников как одна из адаптаций к паразитизму? Может быть, их внешнее сходство с вирусами случаем?
Генетики из Франции и Швейцарии произнесли в последнем номере журнала Science, что им удалось разгадать загадку поли-ДНК-вирусов и доказать их происхождение от реального вируса, который некогда встроился в геном наездника и подвергся «одомашниванию».
Существует две группы PDV, приуроченные к двум семействам наездников: браконидам (браковирусы) и ихневмонидам (ихновирусы). Главным объектом исследования стал PDV из первой группы, синтезируемый наездником Cotesia congregata (Cotesia congregata bracovirus, CcBV), также два других вида наездников, производящих PDV.
«Геном» CcBV, другими словами тот генетический материал, который находится в вирусоподобной частице, состоит из 30 кольцевых двухцепочечных ДНК общей длиной 560 000 пар нуклеотидов (что сравнимо с самыми маленькими бактериальными геномами). Эти молекулы ДНК кодируют белки-иммуносупрессоры, совершенно не похожие на белки известных вирусов. Кольцевые «хромосомы» CcBV делаются из копий фрагментов геномной ДНК наездника.
Гены, нужные для образования CcBV, в том числе гены белков оболочки этого псевдовируса, отсутствуют в его «геноме». Это, но, еще не доказывает, что CcBV и другие поли-ДНК-вирусы не являются потомками реальных вирусов. Чтобы выяснить происхождение PDV, нужно было найти гены, управляющие созданием вирусных частиц. Ясно, что эти гены должны находиться в геноме наездника. Если окажется, что эти гены схожи с генами реальных вирусов, это будет означать, что когда-то в геном наездника встроился вирус, который позже подвергся «одомашниванию». Вирусные гены позже окончили врубаться в состав вирусной частицы, но по-прежнему управляют ее формированием.
Поэтому 1-ая задача, которую поставили перед собой исследователи, состояла в том, чтобы выяснить, есть ли в геноме наездника гены вирусного происхождения, которые могут обеспечить создание вирусных частиц. При всем этом эти гены должны работать (экспрессироваться) исключительно в яичниках, потому что понятно, что ни в каких других органах наездника PDV не образуются.
Чтобы понять, какие гены работают в том или ином органе, из него выделяют матричные РНК (мРНК) — первичный продукт активности генов. Анализ мРНК, выделенных из яичников наездников-браконид, позволил выявить 22 активных гена вирусного происхождения, очень похожих на гены нудивирусов — сопоставимо малоизученной группы вирусов насекомых.
Но может быть, исследованные наездники просто были заражены каким-то нудивирусом, и это его мРНК обнаружились в яичниках? Чтобы исключить эту возможность, исследователям пришлось отсеквенировать несколько больших фрагментов геномной ДНК наездника. В этих кусочках обнаружилось 10 встроенных нудивирусных генов, при всем этом 5 из их образуют единый кластер (расположены вплотную друг к другу), а другие разбросаны по геному.
Следующие исследования показали, что экспрессия нудивирусных генов, встроенных в геном наездника, активизируется у самок на стадии куколки, другими словами как раз тогда, когда происходит формирование вирусных частиц PDV. Гены работают не во всём яичнике, а только в стенках фолликулов — непосредственно там, где формируются PDV.
Чтобы исключить последние сомнения, создатели исследовали непосредственно сами белки, входящие в состав оболочек PDV (это технически намного сложнее, чем определять последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК). Оказалось, что как минимум 6 из этих белков являются продуктами нудивирусных генов, встроенных в геном наездников-браконид.
Обретенные результаты убедительно показали, что поли-ДНК-вирусы браконид являются потомками реальных вирусов из группы нудивирусов, которые когда-то встроились в геном этих наездников. Вирусы подверглись «одомашниванию», их гены рассеялись по геному наездников и окончили врубаться в вирусные частицы, но по-прежнему продолжают работать, обеспечивая сборку этих частиц, которые заполняются на данный момент совсем другой генетической «начинкой».
Чтобы более детально воссоздать историю этого необыкновенного симбиоза насекомых и вирусов, создатели предприняли целенаправленный поиск 2-ух более ограниченных (не довольно меняющихся в процессе эволюции) нудивирусных генов в геномах многих разных наездников-браконид, имеющих PDV. Эти наездники образуют монофилетическую (происходящую от 1-го предка) группу (ее называют «микрогастроидным комплексом») в границах семейства браконид. К микрогастроидному комплексу относится выше 17 000 видов наездников. Разыскиваемые гены обнаружились у всех исследованных представителей микрогастроидного комплекса.
Создатели пришли к выводу, что около 100 млн лет назад (среди мелового периода, когда происходила быстрая сопряженная диверсификация цветковых растений и насекомых) в геном наездника — предка микрогастроидного комплекса — встроился нудивирус, который скоро был одомашнен и стал помогать наездникам управляться с иммунной системой гусениц. Симбиоз с вирусом оказался так выгодным, что потомки этого наездника необычно размножились и дали начало 17 тысячам современных видов.
Уже на самых ранних шагах эволюции симбиотического комплекса «начинка» вирусных частиц была заменена: на данный момент вместо вирусных генов в их стали упаковываться гены наездника. Любопытно, что в процессе грядущей эволюции микрогастроидного комплекса гены «начинки», отвечающие за обезвреживание защитных систем гусеницы, изменялись еще быстрее, чем «одомашненные» нудивирусные гены, отвечающие за сборку вирусной частицы.
Что же касается ихневмонид — другой группы наездников, применяющих PDV для борьбы с иммунной системой собственных жертв, — то в их геноме нудивирусных генов отыскать не удалось. Создатели предполагают, что ихневмониды вступили в симбиоз с каким-то другим вирусом, относящимся к пока еще не открытой группе вирусов. Есть все основания считать, что науке пока известна только малая часть реального контраста вирусов насекомых.
Исследование опять показало, что симбиоз — в том числе симбиоз животных с вирусами — является одним из принципиальных путей формирования эволюционных новшеств. Область приложимости теории симбиогенеза продолжает расширяться.
Источник : Annie Bezier et al. Polydnaviruses of Braconid Wasps Derive from an Ancestral Nudivirus // Science. 2009. V. 323. P. 926–930.
(Александр Марков elementy.ru)
Похожие статьи:
