Описывая свои выводы в выпуске журнала Science от 30 марта, биологи Калифорнийского университета в Сан-Диего провели серию экспериментов с бактериальным вирусом и обнаружили, что он может заразить «нормальных» хозяев, как и ожидалось, но также — через процесс, ранее невиданный в эволюция — приобрела способность заражать новые мишени-хозяева. Исследователи говорят, что их результаты, которые касаются давних загадок того, как гены приобретают новые функции и как возникают мутации, облегчающие передачу от одного хозяина к другому, могут быть применены для исследования вирусных заболеваний, таких как Зика, Эбола и птичий грипп.«Это исследование показывает нам, что вирусы гораздо более адаптируемы, чем предполагалось ранее», — сказал Джастин Мейер, доцент биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор статьи. «Узнав, как вирусы достигают эволюционной гибкости, мы по-новому понимаем, как ставить преграды, чтобы остановить появление новых болезней».Вирусы заражают, прикрепляясь к молекулярным рецепторам на поверхности клеток.
Эти рецепторы представляют собой «замки», которые вирусы должны открывать, чтобы проникнуть в клетки. «Ключи» к замкам — это вирусные белки, называемые белками распознавания хозяина. Исследователи, работающие в этой области, сосредоточили свое внимание на том, как мутации изменяют эти белковые ключи — и какие изменения позволяют им получить доступ к новым замкам. Ученые годами знали, что вирусы могут получать новые ключи с относительно небольшим количеством мутаций, но они не решили загадки того, как эти мутации впервые появляются.Этот вопрос привел к совместным усилиям исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Института наук о Земле и жизни в Токио и Йельского университета.
Кэтрин Петри в лаборатории Мейера вела эксперименты проекта с лямбда, вирусом, который поражает бактерии, но не людей, и обеспечивает широкую гибкость лабораторных испытаний. Исследователи обнаружили, что лямбда преодолевает проблему использования нового рецептора, нарушая общепринятое правило молекулярной биологии, посредством которого генетическая информация транслируется в белок — молекулу, из которой состоят живые клетки и вирусы.
Петри и его коллеги обнаружили, что один ген иногда дает несколько разных белков. Лямбда-вирус развил последовательность белка, которая была склонна к структурной нестабильности, что привело к созданию по крайней мере двух разных белков распознавания хозяина. К счастью для вируса, но не для его хозяина, эти разные типы белков могут использовать разные блокировки.«Мы смогли зафиксировать этот эволюционный процесс в действии», — сказал Петри, ведущий автор исследования. «Мы обнаружили, что« ошибки »белка позволили вирусу заразить своего нормального хозяина, а также различные хозяйские клетки.
Это негенетическое изменение белка — способ получить доступ к большему количеству функций из одной последовательности гена ДНК. Это похоже на покупку — Специально для белка "один — получите один бесплатно".В настоящее время исследователи ищут новые примеры недавно открытого эволюционного феномена и ищут доказательства того, насколько оно распространено.
Они также движутся вниз по шкале, чтобы исследовать детали нового пути, чтобы сосредоточиться на процессах отдельных молекул.«Это очень нетипичная адаптация в том смысле, что это эволюционная инновация», — сказал Мейер.
Помимо Петри и Мейера, соавторами исследования являются Натан Палмер, Дэниел Джонсон, Сара Медина, Стефани Ян и Виктор Ли из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Алита Бурмейстер из Йельского университета. Финансирование исследования было предоставлено Сетью происхождения Института наук о Земле и жизни (финансируется Фондом Джона Темплтона) и Национальным научным фондом.