Vědci šokováni vůbec prvním pozorováním jednoho viru, který se lepí na druhý – „Nemohu tomu uvěřit“

Výsledky naznačují, že existuje mnoho podobných systémů, které by mohly být objeveny.

Nikdo nikdy žádnou neviděl virus Lpění na jiném viru, dokud anomální výsledky sekvenování neposlaly tým UMBC do králičí nory, což vedlo k prvnímu objevu svého druhu.

Viry a jejich složité vztahy

Je známo, že některé viry, nazývané satelity, závisí nejen na svém hostitelském organismu, aby dokončily svůj životní cyklus, ale také na jiném viru známém jako „pomocník“, vysvětluje Evan Erel, profesor biologických věd. Závislý virus potřebuje pomocníka buď k vybudování kapsidy, ochranného obalu obklopujícího genetický materiál viru, nebo k tomu, aby mu pomohl replikovat se. DNA.

Tyto virové vztahy vyžadují, aby satelit a pomocník byli ve vzájemné těsné blízkosti, alespoň dočasně, ale nebyly známy žádné případy, kdy by se satelit skutečně připojil k pomocníkovi – až dosud.

Tento snímek z barevného transmisního elektronového mikroskopu ukazuje nově objevený satelitní virus připojený k pomocnému viru. Tento výzkum představuje první případ, kdy vědci pozorovali jeden virus spojený s druhým. Z 50 pozorovaných asistentů bylo 40 připojeno přes satelit. Bioinformatická analýza genomů satelitních a pomocných virů poskytuje vodítka k tomu, proč se satelit vyvinul, aby byl spojen s pomocníkem, a naznačuje, že tento pár se mohl společně vyvíjet asi před 100 miliony let. Kredit: Tajide de Carvalho

Průkopnické pozorování

V článku publikovaném v Journal of the International Society of Microbial Ecologytým UMBC a kolegové z Washingtonské univerzity v St. Louis (WashU) popisují první pozorování satelitní bakterie (viru, který infikuje bakteriální buňky), která se trvale váže na pomocné bakterie na svém „krku“ – kde se kapsida připojuje k ocasu. viru.

Na detailních snímcích z elektronového mikroskopu, které pořídil Tajid de Carvalho, asistent ředitele základních zařízení Vysoké školy přírodních a matematických věd a první autor nového článku, bylo 80 procent (40 z 50) pomocníků připojeno k satelitu na krku. . Někteří z těch, kteří neměli přídatné úponky na krku. Eryl, jeden z vedoucích autorů tohoto listu, je popisuje tak, že vypadají jako „kousnutí“.

Tajide de Carvalho ve fotografickém zařízení Keitha R. Portera. deCarvalho využil transmisní elektronovou mikroskopii (TEM) zařízení k zachycení úžasných snímků virového systému podporovaného satelitem, o kterém se hovoří v novém dokumentu. Kredit: Marlayna Dimond ’11/UMBC

„Když jsem to viděl, řekl jsem: Nemůžu tomu uvěřit,“ říká De Carvalho. „Nikdo nikdy neviděl, že by se fág – ani žádný jiný virus – připojil k jinému viru.“

Dlouhodobé virální partnerství

Po počátečních pozorováních Ilya Mascolo, postgraduální student v Erylově výzkumné skupině a spoluautor článku, analyzoval satelit, pomocný a hostitelský genom a odhalil další důkazy o tomto dosud neviděném virovém vztahu. Většina cizích virů obsahuje gen, který jim umožňuje integrovat se do genetického materiálu hostitelské buňky po vstupu do buňky. To umožňuje družici reprodukovat se, když od té chvíle do buňky vstoupí pomocník. Hostitelská buňka také kopíruje satelitní DNA spolu s vlastní DNA, když se dělí.

Evan Erel spoluvede program SEA-PHAGES na UMBC. Jeho výzkumná skupina se zaměřuje na bioinformatiku. Kredit: Marlayna Dimond ’11/UMBC

Vzorek bakterií WashU obsahuje také pomocníka a satelit. Satelit Washoe má gen integrázy a není přímo příbuzný svému pomocníkovi, podobně jako dříve pozorované systémy pomocných satelitů.

Satelit ve vzorku UMBC, který studenti izolovaně pojmenovali MiniFlayer, je však prvním známým případem satelitu bez integračního genu. Protože se nemůže integrovat do DNA hostitelské buňky, musí být v blízkosti svého pomocníka – zvaného MindFlayer – pokaždé, když vstoupí do hostitelské buňky, má-li přežít. Vzhledem k tomu, že ačkoli tým toto vysvětlení přímo neprokázal, „vazba nyní dává dokonalý smysl,“ říká Irel. „Jinak, jak zajistíte, že se oba dostanete do cely ve stejnou dobu?“

Další bioinformatickou analýzu provedli Mascolo a Julia Lopez Pérezovi, další Ph.D. Jeden ze studentů pracujících s Eryl prozradil, že MindFlayer a MiniFlayer vyvíjejí společně již dlouhou dobu. „Tento satelit vyladil a optimalizoval svůj genom tak, aby byl spojen s pomocníkem po dobu nejméně 100 milionů let,“ říká Erel a naznačuje, že může existovat mnohem více případů tohoto typu vztahu, které čekají na objevení. .

Náhodná kontaminace nebo důležitý objev?

Tento převratný objev mohl snadno uniknout. Projekt začal jako pilotní třída v programu SEA-PHAGES, investigativního kurikula, ve kterém vysokoškolští studenti izolují fágy ze vzorků životního prostředí, posílají je k sekvenování a poté používají bioinformatické nástroje k analýze výsledků. Když sekvenační laboratoř na University of Pittsburgh oznámila kontaminaci vzorku z University of British Columbia, který měl obsahovat fág MindFlayer, cesta začala.

Stephen Caruso spoluvede program SEA-PHAGES na UMBC. Provádí také pedagogický výzkum s cílem zlepšit přírodovědné vzdělávání. Kredit: Marlayna Dimond ’11/UMBC

Vzorek obsahoval jednu velkou sekvenci: fág, který očekávali. „Ale místo toho, abychom to zjistili, našli jsme také malou sekvenci, která neodpovídá ničemu, co známe,“ říká Erel, který je také jedním z vedoucích výzkumu. Program SEA-PHAGES UMBC, nazvaný Lovci fágůSe Stephenem Carusem, docentem biologických věd. Caruso 94, Ph.D. ’02, Biological Sciences, provedla izolaci znovu, poslala ji k sekvenování – a získala podobné výsledky.

Tehdy tým přitáhl deCarvalha, aby získal vizuální představu o tom, co se děje pomocí transmisního elektronového mikroskopu (TEM) v zařízení Keith R. Porter Imaging Facility (KPIF) společnosti UMBC. Bez obrázků by objev nebyl možný.

„Ne každý má k dispozici TEM zařízení,“ zdůrazňuje de Carvalho. Ale pomocí nástrojů KPIF de Carvalho říká: „Jsem schopen navázat na některá z těchto pozorování a ověřit je pomocí zobrazování. Existují prvky objevu, kterých můžeme dosáhnout pouze s TEM.“

Důsledky a budoucí výzkum

Objev týmu připravuje cestu pro budoucí práci, aby zjistili, jak je satelit propojen, jak častý je tento jev a další. „Je možné, že mnoho fágů, které lidé považovali za kontaminanty, byly ve skutečnosti satelitní pomocné systémy,“ říká De Carvalho. „Nyní, s tímto dokumentem, se lidé mohou dozvědět více o těchto systémech.“

Reference: „Simultánní vstup jako adaptace na virulenci v novém satelitním pomocném systému infikujícím Streptomyces.“ KlasifikovatAutor: Tajidi De Carvalho, Elia Mascolo, Steven M. Caruso, Julia Lopez Perez, Kathleen Weston Haver, Christopher Shaffer a Evan Erel, 31. října 2023, časopis ISME.
doi: 10.1038/s41396-023-01548-0