Эта статья входит в число добротных статей

Pithovirus

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Pithovirus
Вирион Pithovirus sibericum
Вирион Pithovirus sibericum
Научная классификация
Группа:
Вирусы[2]
Реалм:
incertae sedis[1]
Семейство:
Pithoviridae
Род:
Pithovirus
Международное научное название
Pithovirus
Виды
  • Pithovirus sibericum
  • Pithovirus massiliensis
Группа по Балтимору
I: дцДНК-вирусы

Pithovirus (лат.) — род вирусов, включающий два вида: Pithovirus sibericum и Pithovirus massiliensis; они оба поражают амёб Acanthamoeba[англ.]. Pithovirus sibericum был описан в 2014 году и является самым крупным известным на данный момент вирусом (до 1,5 мкм в длину, до 0,5 мкм в диаметре). Он был выделен из образца многолетней мерзлоты из Сибири, возраст которого оценивается в 30 тыс. лет. Pithovirus massiliensis был найден в 2016 году в образце сточных вод[3].

Структура

Вирионы Pithovirus достигают около 1,5 мкм в длину и 0,5 мкм в диаметре, что в полтора раза больше открытого в 2013 году вируса Pandoravirus (1,0 × 0,5 мкм), считавшегося самым крупным из известных вирусов[4]. Изображения вирионов, полученные с помощью просвечивающей электронной микроскопии, показали, что они покрыты электроноплотной оболочкой толщиной 60 нм, подстилаемой липидной мембраной. Эта мембрана ограничивает внутренний компартмент, лишённый каких-либо видимых структур, за исключением электронплотной сферы и иногда наблюдаемых трубчатых структур, параллельных длинной оси частицы. Оболочка представлена полосами, разделёнными зазорами в 10 нм и расположенными перпендикулярно поверхности частицы. Зрелый вирион Pithovirus имеет апикальное отверстие, закрытое «коркой», представленной высокорегулярной гексагональной сеткой, похожей на пчелиные соты. Внутри вириона нет особой структуры, заключающей в себе вирусную ДНК. На начальной стадии инфекции, когда вирус находится в вакуоли амёбы, эта «корка» выталкивается, поэтому после слияния мембраны вириона с мембраной фагосомы плохо охарактеризованное содержимое вирусной частицы изливается в цитоплазму клетки-хозяина. Начальный этап инфекции Pithovirus напоминает начало пандоравирусной или мимивирусной инфекции, однако дальнейшие этапы репликации этих вирусов сильно различаются[5].

Геном и протеом

В отличие от других гигантских вирусов, например Pandoravirus, геном Pithovirus не так уж велик: он состоит всего лишь из 610 тысяч пар оснований (против 2770 у пандоравирусов и 1000—1200 у мимивирусов) и имеет низкий GC-состав (36 %). Такие невысокие значения особенно удивительны, если принять во внимание огромные размеры частиц этого вируса. Геном Pithovirus кодирует 467 белков. По сравнению с другими гигантскими вирусами, для него характерна низкая плотность кодирующих последовательностей (68 %). Она связана с большим количеством палиндромных[англ.] повторов. Эти мотивы длиной 150 нуклеотидов наиболее часто встречаются в длинных рядах (2000 нуклеотидов) тандемных повторов. Они не транскрибируются и не имеют ничего общего с известными мобильными элементами и повторами, найденными в других вирусных геномах. Кроме того, ДНК Pithovirus имеет необычную для вирусов топологию: двуцепочечная ДНК, которая может переходить из линейной формы в кольцевую, и наоборот. Такая топология ДНК характерна для Iridoviridae — семейства крупных икосаэдрических ДНК-содержащих вирусов[5].

Доминантные функциональные категории белков Pithovirus следующие: белки, связанные с транскрипцией (17 опознанных генов), с репарацией ДНК (11 генов, в том числе ген АТР-зависимой ДНК-лигазы), с синтезом нуклеотидов (7 ферментов, в том числе альтернативная тимидилатсинтаза[англ.]), с репликацией ДНК (5 генов). Такое распределение в целом типично для крупных ДНК-содержащих вирусов. В отличие от пандоравирусов, кодируемые вирусом белки транскрипционной машинерии у Pithovirus упаковываются в зрелый вирион. Среди таких белков 4 субъединицы РНК-полимеразы (RPB1, RPB2, RPB5, RPB10), три транскрипционных фактора, три хеликазы-топоизомеразы и фермент, кэпирующий мРНК. Наличие этих белков соответствует тому, что жизненный цикл Pithovirus протекает вне ядра. Единственный идентифицированный интрон в геноме Pithovirus является самосплайсирующимся интроном и располагается в гене, кодирующем большую субъединицу ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Гомолог РНКазы III, работающий с двуцепочечными РНК и найденный в вирионах Pithovirus, может быть вовлечён в процессинг вирусных транскриптов, большая часть которых заканчивается шпилькой, как у мимивирусов. Как и многие икосаэдрические вирусы, но в отличие от пандоравирусов, вирусная частица Pithovirus содержит гликозилированные белки[5].

Жизненный цикл

Внешние изображения
Схемы жизненных циклов гигантских вирусов. В — жизненный цикл Pithovirus

Заражение амёбы Pithovirus происходит, когда она фагоцитирует вирусную частицу. Вирусная частица оказывается в фагосоме, и, как описывалось выше, после выталкивания «корки», прикрывающей апикальный конец частицы, и слияния мембран содержимое вирусной частицы высвобождается в цитоплазму клетки. По мере развития инфекции в цитоплазме клетки формируется почти округлая светлая зона, достигающая до 4 мкм в диаметре. На границе этой предполагаемой «вирусной фабрики» отпочковываются многочисленные электронплотные везикулы, и вместе с тем в «вирусной фабрике» накапливается мембранный материал неясного происхождения. При формировании вириона оболочка и внутренняя часть собираются одновременно. В процессе сборки вириона можно выделить две фазы: сначала формируются прямоугольные частицы со стенкой толщиной 25 нм, и далее они созревают в яйцевидные частицы, окружённые оболочкой толщиной 60 нм. Выделение зрелых вирусных частиц осуществляется путём экзоцитоза и начинается спустя 8 часов после инфицирования. В отличие от пандоравирусов, в ходе инфекции Pithovirus ядро и ядрышко остаются неповреждёнными. Полный лизис заражённой культуры наступает примерно спустя 15 часов после заражения[5].

Классификация и родственные связи

Состав генов Pithovirus, в общих чертах, похож на таковой у крупных икосаэдрических ДНК-содержащих вирусов эукариот. Филогенетический анализ, основанный на ДНК-полимеразе, помещает Pithovirus в кладу, состоящую из Iridoviridae и Marseilleviridae[англ.] — двух семейств крупных ДНК-содержащих вирусов, отдалённо родственных друг другу. Анализ на основе субъединиц РНК-полимеразы RPB1 и RPB2 Pithovirus свидетельствует о правильности такого включения, хотя аминокислотные последовательности этих белков всё ещё далеки от таковых у их ближайших гомологов в Marseilleviridae (совпадают лишь 30 % аминокислотных остатков). Лишь для около трети из 467 предсказанных белков Pithovirus (точнее 152, что составляет 32,5 %) нашлись гомологи в базах данных, причём эти белки принадлежат вирусам семейств Marseilleviridae, Mimiviridae[англ.] и Iridoviridae. Эти семейства объединяют в группу крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов, которой иногда присваивают ранг порядка и название Megavirales. В 2015 году было предложено выделить Pithovirus в отдельное семейство — Pithoviridae[5]. Megavirales (и Pithovirus в её составе) также выделяют как четвёртую группу TRUC (англ. Things Resisting Uncompleted Classifications) — группу, которая на данный момент находится вне трёхдоменной системы Карла Вёзе и считается четвёртой крупной монофилетической группой наряду с доменами Bacteria, Archaea и Eukarya. Впрочем, такое выделение спорно и признаётся не всеми учёными[6][7].

Интересно, что за несколько лет до открытия Pithovirus в 2014 году Хоффман и коллеги описали KC5/2 — предполагаемого эндосимбионта архейного происхождения у Acanthamoeba, который, как оказалось, морфологически схож с Pithovirus. Этот эндосимбионт в настоящее время рассматривается как современный родственник Pithovirus, а не новый пандоравирус[7][5].

В дальнейшем был описан род гигантских вирусов Cedratvirus, который настолько близок к вирусам рода Pithovirus и морфологически, и генетически, что их объединяют в семейство Pithoviridae[8]. Также в это семейство предлагается включить недавно описанный вирус Orpheovirus[9].

Открытие

Pithovirus sibericum был обнаружен в 2014 году в образце многолетней мерзлоты из Сибири возрастом в 30 тыс. лет французскими эволюционными биологами супругами Жаном-Мишелем Клаври и Шанталь Абергель из Средиземноморского университета (Университета Экс-Марсель). Вирусные частицы были обнаружены после того, как образец был экспонирован с амёбами Acanthamoeba castellanii и амёбы начали погибать. Было обнаружено, что погибшие амёбы содержат частицы гигантского вируса. Название открытому вирусу было дано по греческому слову пифос (др.-греч. πίθος), означающее большой древнегреческий кувшин для хранения продуктов питания. Новый вид был описан в марте 2014 года в американском журнале Proceedings of the National Academy of Sciences[10]. По состоянию на июль 2015 года род Pithovirus ещё не зарегистрирован в базе данных Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV)[11].

В 2015 году та же исследовательская группа описала ещё один вирус-гигант в том же образце вечной мерзлоты — Mollivirus sibericum[12].

Примечания

  1. ↑ Таксон не признан Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV).
  2. ↑ Таксономия вирусов (англ.) на сайте Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV).
  3. ↑ Levasseur A., Andreani J., Delerce J., Bou Khalil J., Robert C., La Scola B., Raoult D. Comparison of a Modern and Fossil Pithovirus Reveals Its Genetic Conservation and Evolution. (англ.) // Genome Biology And Evolution. — 2016. — 25 August (vol. 8, no. 8). — P. 2333—2339. — doi:10.1093/gbe/evw153. — PMID 27389688. [исправить]
  4. ↑ Stefan Sirucek (2014-03-03). "Ancient "Giant Virus" Revived From Siberian Permafrost". National Geographic. Архивировано 25 июня 2018. Дата обращения: 3 марта 2014.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 Abergel C., Legendre M., Claverie J. M.  The Rapidly Expanding Universe of Giant Viruses: Mimivirus, Pandoravirus, Pithovirus and Mollivirus // FEMS Microbiology Reviews. — 2015. — Vol. 39, no. 6. — P. 779—796. — doi:10.1093/femsre/fuv037. — PMID 26391910. [исправить]
  6. ↑ Sharma V., Colson P., Chabrol O., Pontarotti P., Raoult D. Pithovirus sibericum, a new bona fide member of the "Fourth TRUC" club. (англ.) // Frontiers in microbiology. — 2015. — Vol. 6. — P. 722. — doi:10.3389/fmicb.2015.00722. — PMID 26300849. [исправить]
  7. ↑ 1 2 Scheid P. Viruses in close associations with free-living amoebae. (англ.) // Parasitology research. — 2015. — Vol. 114, no. 11. — P. 3959—3967. — doi:10.1007/s00436-015-4731-5. — PMID 26374538. [исправить]
  8. ↑ Andreani J., Aherfi S., Bou Khalil J. Y., Di Pinto F., Bitam I., Raoult D., Colson P., La Scola B. Cedratvirus, a Double-Cork Structured Giant Virus, is a Distant Relative of Pithoviruses. (англ.) // Viruses. — 2016. — 3 November (vol. 8, no. 11). — doi:10.3390/v8110300. — PMID 27827884. [исправить]
  9. ↑ Andreani J., Verneau J., Raoult D., Levasseur A., La Scola B. Deciphering viral presences: two novel partial giant viruses detected in marine metagenome and in a mine drainage metagenome. (англ.) // Virology Journal. — 2018. — 10 April (vol. 15, no. 1). — P. 66—66. — doi:10.1186/s12985-018-0976-9. — PMID 29636072. [исправить]
  10. ↑ Legendre M., Bartoli J., Shmakova L., Jeudy S., Labadie K., Adrait A., Lescot M., Poirot O., Bertaux L., Bruley C., Couté Y., Rivkina E., Abergel C., Claverie J. M. Thirty-thousand-year-old distant relative of giant icosahedral DNA viruses with a pandoravirus morphology. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2014. — Vol. 111, no. 11. — P. 4274—4279. — doi:10.1073/pnas.1320670111. — PMID 24591590. [исправить]
  11. ↑ Search Pithovirus in ICTV database. Дата обращения: 27 декабря 2015. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года.
  12. ↑ Legendre M., Lartigue A., Bertaux L., Jeudy S., Bartoli J., Lescot M., Alempic J. M., Ramus C., Bruley C., Labadie K., Shmakova L., Rivkina E., Couté Y., Abergel C., Claverie J. M. In-depth study of Mollivirus sibericum, a new 30,000-y-old giant virus infecting Acanthamoeba. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2015. — Vol. 112, no. 38. — P. 5327—5335. — doi:10.1073/pnas.1510795112. — PMID 26351664. [исправить]

Литература