Открыта странная вирусоподобная форма жизни

Как и у вирусов, единственная цель недавно обнаруженного микроба с временным обозначением Sukunaarchaeum — размножение. Но к вирусам этот странный организм отнести нельзя.

Насколько можно судить по геному — пока единственному доказательству его существования, — это паразит, который ничего не дает своему одноклеточному хозяину. Большинство из всего 189 генов, кодирующих белки у Sukunaarchaeum, предназначены для репликации его собственного генома; все остальное он крадет у Citharistes regius — динофлагеллята (водоросли, встречающейся в океанах по всему миру), в котором паразитирует.

Еще больше путаницы вносит то, что часть генетических последовательностей указывает на принадлежность Sukunaarchaeum к археям — группе простых одноклеточных организмов, эволюционно более близких к сложным формам жизни вроде нас, чем к бактериям, таким как Escherichia coli.

Открытие этой странной, похожей на вирус формы жизни, описанное в препринте на bioRxiv, «размывает границы между клеточной жизнью и вирусами», полагает синтетический биолог Кейт Адамала из Миннесотского университета: «Возможно, этот организм — удивительное живое ископаемое, эволюционный переходный этап, который сумел сохраниться».

Случайная находка

Sukunaarchaeum был обнаружен случайно. Исследователи из Университета Цукубы пытались секвенировать всю ДНК внутри клеток C. regius, поскольку было известно, что эти динофлагелляты содержат симбиотические цианобактерии. Однако помимо ожидаемых геномов динофлагеллят и цианобактерий, а также возможных бактериальных паразитов, они обнаружили странную кольцевую ДНК длиной всего 238 000 пар оснований — всего 5% от длины генома E. coli.

«Сначала мы подумали, что этот крошечный геном — артефакт», — признался эволюционный микробиолог Такуро Накаяма из Цукубы.

Но после проверки разными методами секвенирования и сборки генома эта ДНК-петля продолжала появляться. Ученые пришли к выводу, что внутри C. regius живет неизвестный организм — вероятно, архея.

Необычный паразит

Неспособный существовать вне хозяина, с геномом меньше половины от самого маленького из известных архей, Sukunaarchaeum (неофициальное название в честь Сукуна бикона — божества японской мифологии маленького роста) не похож ни на одну другую архею.

Он отнюдь не рекордсмен по минимальному размеру генома — этот титул принадлежит бактерии, живущей в сокососущих насекомых, геном которой насчитывает всего 160 000 пар оснований. У той, однако, есть гены, кодирующие полезные для хозяев молекулы.

Sukunaarchaeum же, в отличие от нее, «практически лишен узнаваемых метаболических путей», говорит Накаяма. Это означает, что он, скорее всего, не может самостоятельно производить необходимые молекулы, такие как аминокислоты или нуклеотиды, что указывает на «паразитический или односторонне эксплуататорский» характер его отношений с хозяином.

«Как и вирусы, он почти полностью зависит от клеточных механизмов C. regius», — добавил ученый.

Вирус или нет?

Однако Sukunaarchaeum отличается от вирусов одним важным навыком: он может сам реплицировать свою ДНК. Обычно вирусы вынуждены использовать для этого хозяина, но почти все гены Sukunaarchaeum связаны с репликацией, транскрипцией и трансляцией. И все же, по словам Накаямы, «его концентрация на самовоспроизведении, даже ценой потери метаболических функций, напоминает вирусную стратегию».

Биолог Элизабет Уотерс из Университета Сан-Диего, участвовавшая в расшифровке генома первого архейного паразита в 2003 году, не уверена, что Sukunaarchaeum превращается в вирус: «Это довольно смелое предположение, но если это правда — потрясающе».

Если же это действительно переходная форма между клеткой и вирусом — микроб может дать подсказки о происхождении вирусов, надеется Адамала. «Большинство ключевых эволюционных переходов не оставили следов, но иногда природа дарит нам такие подарки», — заметила она.

Тайная архейная линия

Уже ясно, что Sukunaarchaeum не одинок. Команда Накаямы проанализировала публичные базы данных ДНК из образцов морской воды, и нашла множество похожих последовательностей.

«Мы поняли, что нашли не просто странный организм, а первый полный геном целой неизвестной линии архей», — подчеркнул ученый.

Сейчас исследователи пытаются сфотографировать Sukunaarchaeum. Эта задача непростая, учитывая, что его размер, вероятно, меньше микрона. Для сравнения, размер изученного Уотерс архейного паразита с вдвое большим геномом не превышает 400 нанометров в поперечнике.

Планируется также выяснить, как эта группа связана с другими археями, и определить функции ее белков, включая несколько крупных мембранных, которые могут быть ключевыми для взаимодействия с хозяином.

Для Адамалы это открытие — напоминание о том, как много в биологии еще предстоит узнать.

«Эта работа показывает, насколько безумной, прекрасной и до сих пор загадочной остается жизнь», — заключила она.