В исследовании изучались белковые структуры вирусов и всех суперкоролевств или сфер жизни: от одноклеточных микробов, известных как бактерии и археи, до эукариот, группы, в которую входят животные, растения, грибы и все другие живые существа.«Типично определять вирусы по отношению к их хозяевам, но такая практика ограничивает наше понимание взаимодействия вирусов с клетками», — сказал исследователь из Университета Иллинойса и Института информационных технологий COMSATS Аршан Насир, который руководил новым исследованием с Густаво Каэтано-Аноллесом. , профессор сельскохозяйственных наук и член Института геномной биологии Карла Р. Вёзе в Университете штата Айленд, и Кён Мо Ким, старший научный сотрудник Корейского института полярных исследований в Инчхоне, Южная Корея.«Недавние исследования показали, что организмы могут вступать в партнерские отношения с другими организмами и жить в сообществах.
Например, многие виды бактерий и архей обитают в человеческом теле и на нем и составляют человеческую микробиоту», — сказал Насир.Например, не известно, что вирусы, поражающие археи и бактерии, заражают эукарию. Однако, по словам исследователей, они могут взаимодействовать безвредным образом с организмами, которые не заражают.
«Мы хотели исследовать геномы вирусов и клеточных организмов, чтобы найти возможные следы передачи генов от вирусов к клеткам, помимо того, что мы уже знаем о взаимодействиях вирусов с их хозяевами», — сказал Насир.Команда использовала биоинформатический подход для анализа геномов организмов и вирусов, которые их заражают. Вместо того, чтобы сосредоточиться на генетических последовательностях, которые могут меняться от поколения к поколению, команда исследовала функциональные компоненты белков, которые они называют складками.
Каждая складка — а их более 1400 во всех сферах жизни — имеет уникальную трехмерную структуру, которая выполняет определенную операцию. По словам исследователей, поскольку складки имеют решающее значение для функции белков, они остаются стабильными, даже если кодирующие их последовательности изменяются в результате мутаций или других процессов.«Это делает белковые складки надежными маркерами эволюционных изменений за длительные периоды времени, особенно для вирусов, которые, как известно, быстро мутируют», — сказал Насир.
По словам Каэтано-Аноллеса, исследователи обнаружили сотни складок, которые присутствуют во всех супер-королевствах жизни и во всех типах вирусов, что позволяет предположить, что они произошли от древнего предка всех форм жизни.Однако некоторые складки возникают только в пределах одного суперсардинии и вирусов, которые его заражают, что предполагает передачу генетического материала только между этой группой вирусов и их хозяевами. Из в общей сложности около 2000 суперсемейств складок команда нашла одно, которое было эксклюзивным для архей и вирусов, заражающих архей, 29 общих только для бактерий и вирусов, которые их заражают, и 37, которые являются эксклюзивными для эукариот и их вирусов.
По словам исследователей, данные также указывают на другие, пока неизвестные механизмы, которые позволяют вирусам обмениваться генетическим материалом с клетками.«Мы обнаружили множество вирусных генов в клеточных организмах, которые, как известно, не могут инфицировать эти вирусы», — сказал Насир. «Это было особенно очевидно для бактериальных вирусов и эукариотических организмов, возможно, из-за большего числа способов взаимодействия бактерий с эукариотами».«В то время как люди склонны думать только о вирусах, которые заражают и убивают их хозяев, на протяжении десятилетий мы знали, что вирус иногда проникает в клетку и внедряет свой генетический материал в клетку, не убивая ее», — сказал Каэтано-Аноллес. В случае одноклеточных организмов эти гены иногда передаются будущим поколениям, сказал он.
ДНК человека тоже содержит остатки вирусов.«Например, считается, что некоторые ретроэлементы и транспозоны произошли от древних вирусов», — сказал Насир. Ретроэлементы — это последовательности, скопированные с РНК-вирусов в ДНК и вставленные в геномы невирусных организмов. Транспозоны, также известные как «прыгающие гены», могут перемещаться из одной части генома в другую.
«Если у вас есть объект, который в какой-то момент был вирусом и был включен в геном, он становится частью молекулярного наследия организма», — сказал Каэтано-Аноллес.Команда также обнаружила большое количество специфичных для вирусов белковых складок, которые не присутствовали ни в одном клеточном геноме.
«Это говорит о том, что вирусы могут создавать новые гены и потенциально передавать эти гены клеточным организмам», — сказал Насир.Комиссия по высшему образованию, Пакистан; Национальный научный фонд США и Национальные институты продовольствия и сельского хозяйства при Национальных институтах здравоохранения поддержали это исследование.