Незвичайний вірус "Рапунцель": учені вважають його еволюційним дивом

Недавнє дослідження розкрило секрет еволюційного дива: бактеріофага з надзвичайно довгим хвостом. Цей незвичайний хвіст є частиною вірусу, який живе в негостинних гарячих джерелах і полює на одних із найсильніших бактерій на планеті, пише SciTechDaily.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Бактеріофаги — це група вірусів, які заражають і реплікуються в бактеріях та є найпоширенішими й найрізноманітнішими істотами на Землі.

"Бактеріофаги, або скорочено фаги, є скрізь, де є бактерії, включаючи бруд і воду навколо вас, а також у мікробній екосистемі вашого власного організму", — каже Емілі Аньєлло, аспірантка Медичної школи Чана Університету Массачусетса і провідна авторка дослідження.

На відміну від багатьох вірусів, що заражають людей і тварин, які містять лише один відсік, фаги складаються з хвоста, прикріпленого до шипової, схожої на призму білкової оболонки, що містить їхню ДНК.

Хвости фагів, як і зачіски, розрізняються за довжиною та стилем: одні довгі та пружні, інші короткі та жорсткі. Тоді як більшість фагів мають короткі, мікроскопічні хвости, у "бактеріофага Рапунцель" P74-26 хвіст у 10 разів довший, ніж у більшості інших, і становить майже 1 мікрометр завдовжки, що приблизно відповідає ширині шовку деяких павуків. Прізвисько "Рапунцель" походить із казки, де дівчина з дуже довгим волоссям була замкнена у вежі злою відьмою.

Браян Келч, доцент кафедри біохімії та молекулярної біотехнології, який керував роботою, описав P74-26 як "жахливих розмірів хвіст".

Хвости фагів важливі для проколювання бактерій, які вкриті щільною, в'язкою субстанцією. Довгий хвіст P74-26 дозволяє йому проникати й заражати найміцніші бактерії. P74-26 не тільки має надзвичайно довгий хвіст, але і є найстабільнішим фагом, що дозволяє йому існувати й заражати бактерії, що живуть у гарячих джерелах, температура яких може досягати 76°C. Дослідники вивчають P74-26, щоб з'ясувати, чому та як він може існувати в таких екстремальних умовах.

Для роботи з фагом, який процвітає за таких високих температур, Аньєлло довелося змінити умови своїх експериментів, щоб змусити хвіст фага зібратися в пробірці. За словами Келча, Аньєлло створила систему, за допомогою якої вона могла викликати швидке самоскладання хвоста.

"Кожен хвіст фага складається з безлічі дрібних будівельних блоків, які збираються разом і утворюють довгу трубку. Наше дослідження показало, що ці будівельні блоки можуть змінювати форму, або конформацію, у міру того, як вони збираються разом, — каже Агнелло — Ця зміна форми важлива для того, щоб будівельні блоки могли з'єднуватися один із одним і формувати правильну структуру хвостової трубки".

Дослідники використали високопотужні методи візуалізації, а також комп'ютерне моделювання та виявили, що будівельні блоки хвоста спираються один на одного, щоб стабілізувати себе.

"Ми використовували техніку, яка називається кріоелектронною мікроскопією, яка є величезним мікроскопом, що дозволяє робити тисячі знімків і коротких відеороликів за великого збільшення, — пояснила Аньєлло. — Зробивши безліч знімків хвостових трубок фага та склавши їх разом, ми змогли з'ясувати, як саме будівельні блоки підходять один до одного".

Вони виявили, що P74-26 використовує механізм "кулька та гніздо" для фіксації себе. Крім того, хвіст формується з вертикально покладених кілець молекул, які утворюють порожнистий канал.

"Мені подобається думати про ці будівельні блоки фага як про щось на зразок "Лего", — сказав Келч. — "Лего" має шпильки з одного боку й отвори або гнізда з іншого. Уявіть собі "Лего", де гнізда спочатку закриті. Але коли ви починаєте будувати з "Лего", гнізда починають відкриватися, щоб дозволити шпилькам на інших "Лего" зібрати більшу конструкцію. Цей рух є важливим способом саморегуляції збирання цих будівельних блоків фага".

Келч зазначив, що в порівнянні з більшістю фагів, P74-26 використовує вдвічі менше будівельних блоків для формування кілець, із яких складається хвіст.

"Ми думаємо, що сталося те, що якийсь стародавній вірус з'єднав свої будівельні блоки в один білок. Уявіть, що дві маленькі цеглини "Лего" сплавлені в одну велику цеглу без швів. Цей довгий хвіст побудований із більших і міцніших будівельних блоків, — пояснює Келч. — Ми думаємо, що це може стабілізувати хвіст за високих температур".

Тепер дослідники планують використовувати генетичні маніпуляції для зміни довжини хвоста фага та подивитися, як це змінить його поведінку.

Фаги живуть практично в усіх куточках земної кулі та мають важливе значення для різних галузей, таких як охорона здоров'я, охорона навколишнього середовища та безпека продуктів харчування. Крім того, довгохвості фаги, такі як P74-26, були використані в попередніх клінічних випробуваннях для лікування деяких бактеріальних інфекцій.

"Бактеріофаги викликають усе більший інтерес як альтернатива антибіотикам для лікування бактеріальних інфекцій, — сказала Аньєлло. — Вивчаючи складання фагів, ми можемо краще зрозуміти, як ці віруси взаємодіють із бактеріями, що може призвести до розробки ефективніших методів лікування на основі фагів. … Я вірю, що вивчення унікальних, цікавих речей може призвести до знахідок і застосувань, які ми поки що навіть не можемо собі уявити”.

Раніше Фокус писав про полювання на зомбі. Вчені пробудили вірус, який "спить" у вічній мерзлоті протягом останніх 50 тисяч років.