Podczas zakrojonych na szeroką skalę badań mikrobiologicznych, dr Christopher Bellas, dr Marie-Sophie Plakolb i prof. Ruben Sommarug z Wydziału Ekologii Uniwersytetu w Innsbrucku dokonali nieoczekiwanego odkrycia. Naukowcy znaleźli ponad 30 tys. nieznanych wcześniej wirusów, które były wbudowane w DNA organizmów jednokomórkowych. Taka “ukryta” obecność może umożliwiać replikację funkcjonalnych wirusów w komórce gospodarza. Szczegóły opisano w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Dr Christopher Bellas mówi:
Byliśmy bardzo zaskoczeni tym, jak wiele wirusów znaleźliśmy dzięki tej analizie. W niektórych przypadkach okazało się, że nawet 10 proc. DNA danego mikroorganizmu składa się z ukrytych wirusów.
Po co wirusy mikroorganizmom?
Wszystkie znane organizmy żywe – od bakterii po człowieka – są infekowane przez wirusy. Niektóre z nich są stale obecne, ale sporadycznie wywołują choroby (np. wirus opryszczki typu 1, HSV-1), inne pojawiają się nagle, a konsekwencje infekcji mogą być poważne (np. SARS-CoV-2, wirus grypy). Są jednak też wirusy, które stają się częścią DNA swojego gospodarza, na zawsze zmieniając sposób jego funkcjonowania. Są to tzw. endogenne elementy wirusowe (EVE) i znajdziemy je u organizmów praktycznie we wszystkich środowiskach: algach w jeziorach, amebach w glebie, a nawet ludzkich pasożytach.
Czytaj też: Te nowe wirusy są niepodobne do czegokolwiek, co znaliśmy do tej pory
Nie jest jasne, dlaczego wirusy wbudowują się w genomy mikroorganizmów. Nie szkodzą swoim gospodarzom, a wręcz przeciwnie – mogą chronić komórki przez zakażeniem przez “tych złych”. Dobrym przykładem są tu tzw. gigantyczne wirusy (megawirusy), które są tak duże jak bakterie, a kiedy zainfekują komórkę doprowadzają do jej śmierci. Ale kiedy w komórce “zamieszka” wirus (EVE), obecność ta odpycha megawirusy i stanowi tarczę dla organizmu. DNA nowo odkrytych wirusów jest podobne do DNA wirofagów, zatem naukowcy wnioskują, że znaleźli namacalny dowód na rozumienie tego mechanizmu obronnego.
Dr Christopher Bellas wyjaśnia:
Początkowo chcieliśmy dzięki naszemu badaniu znaleźć pochodzenie nowych wirusów podobnych do polintonów. Nie wiedzieliśmy jednak, jakie organizmy są zwykle zakażane przez te wirusy. Dlatego przeprowadziliśmy badanie na dużą skalę, aby przetestować wszystkie mikroorganizmy, których sekwencje DNA są znane.
Polintony to duże transpozony, które zawierają geny homologiczne do białek wirusowych i są często znajdowane w genomach eukariotycznych. Po raz pierwszy odkryto je w 2000 r. Transpozony to z kolei sekwencje DNA, które mogą przemieszczać się na inną pozycję w genomie tej samej komórki (tzw. skaczące geny). Taki zabieg – transpozycja – często powoduje mutacje i może zmieniać sumaryczną ilość DNA w genomie.
Czytaj też: Hybryda, jakiej nigdy wcześniej nie widzieliśmy. Dwa różne wirusy połączyły się w jeden
Sekwencji wirusów nie udałoby się znaleźć, gdyby nie pomoc superkomputera LEO III. Potwierdzono także, że EVE nie są “genomowymi skamieniałościami”, a w pełni funkcjonalnymi wirusami, co może pomóc zrozumieć ich pełną rolę w przyrodzie.