Розкрито таємницю виникнення вірусів на Землі
Міжнародній групі вчених з допомогою штучної еволюції вдалося відтворити вірусоподібні білкові частинки, здатні зберігати в собі гени і захищати їх від зовнішнього середовища, наприклад, від нуклеаз - ферментів, які використовуються організмами для руйнування чужорідних геномів, повідомляє Лента.Ру.
У своїй статті, опублікованій в журналі Science, дослідники розкрили, що схожим чином на Землі могли виникнути перші віруси.
Вірус складається з зовнішньої білкової оболонки або капсида, всередині якої упаковані нуклеїнові кислоти РНК або ДНК, які кодують як білки капсида, так і ферменти, необхідні для складання нових віріонів, тобто повноцінних вірусних частинок. Поки залишається таємницею, яким чином виникли перші віруси, хоча отримання штучних аналогів може стати корисним для розробки нових систем доставки ліків в організм і генної терапії. Але навіть найпростіші віріони зажадали мільйони років еволюції в дикій природі.
Відправною точкою для дослідження став раніше отриманий нуклеокапсид, сконструйований з бактеріального ферменту люмазінсінтази Aquifex aeolicus (AaLS), який здатний спонтанно утворювати наноконтейнери з 60 субодиниць, але не має спорідненості до нуклеїнових кислот. Вчені внесли зміни в AaLS шляхом циклічної перестановки амінокислот і додаванням пептиду λN, здатного зв'язуватися c BoxB - петлевий структурою РНК (шпилькою). За допомогою штучного відбору вчені домоглися того, щоб отримані нуклеокапсиди NC-3 могли ефективно захоплювати мРНК (що мають BoxB), що кодують білки оболонки. На першому етапі тільки один з восьми NC-3 міг упакувати в себе повнорозмірний геном.
Для поліпшення властивостей NC-3 дослідники почали вносити в капсидних гени мутації за допомогою полімеразної ланцюгової реакції, в ході якої синтезуються неточні копії РНК. Отриману бібліотеку генів з мутаціями піддали трьом циклам збірки нуклеокапсидов і обробки нуклеазами (ферментом, що розщеплює нуклеїнові кислоти), а ті гени, що «вижили», знову розмножили. Еволюціонував варіант нуклеокапсида, позначений як NC-4, ефективно пакував кодує його білки РНК і відрізнявся підвищеною стійкістю до нуклеаз. Крім того, на відміну від своїх попередників, він виявився здатний вміщати істотно довші молекули РНК, що складаються з 863 нуклеотидів.
Штучна еволюція також позначилася на розмірах нуклеокапсида. Якщо спочатку діаметр AaLS досягав в розмірі всього лише 16 нанометрів, то додавання пептиду λN і подальший штучний відбір розширив діаметр до 30 нанометрів. В оболонках NC-4 виникли пори, які значно менше отворів у попередників і краще захищають РНК-геном від нуклеаз, потенційно здатних проникнути всередину капсида.
Як пишуть вчені в своїй статті, успішне перетворення білка бактерій в нуклеокапсид, який спонтанно упаковує і захищає свою власну кодує мРНК, служить ілюстрацією того, як стародавні саморепліцірющіе молекули могли використовувати білки для освіти віріонів. Хоча в експериментах був використаний фермент, вже здатний формувати капсид, легко уявити, як еволюція могла створити з дрібних білків оболонки, здатних захищати свої РНК-молекули.