Учени са открили нещо неочаквано в човешкия микробиом. Възможно е това да е междинно звено между сложни органични молекули и вируси.
През 20-те години на миналия век американски фермери съобщават на учените, че сред картофените клубени се появяват продълговати и усукани. Това било инфекция, но патогенът така и не бил идентифициран.
Чак през 1971 г. биологът Теодор Динер установява, че причината не е гъбичка, не е бактерия или вирус, а патоген от различен, нов тип, десет пъти по-малък от вируса. Ученият предлага термина вироид, т.е. вирусоподобен. Както се оказва, повече от една трета от болестите по растенията се причиняват от вироиди.
ОЩЕ: Зомби вируси, открити в Сибир, може да отключат нова страшна пандемия
Вироидите са устроени по-просто от вирусите. Това са затворени кръгови едноверижни РНК молекули (cccRNA) с дължина от 246 до 467 нуклеотида. За сравнение в генома на най-малкия известен вирус има над 2000 от тях.
РНК на вироидите не кодира белтъци, така че те нямат характерната за вирусите белтъчна обвивка (капсид) и белтъци, необходими за възпроизвеждане. Предполага се, че те използват ензими от заразената клетка за репликация. Как инфекцията се предава от растение на растение, остава загадка. Доказано е само, че това е възможно само механично – например чрез заразени селскостопански инструменти.
Вироидите са навсякъде
Дълго време се смяташе, че вироидите живеят само в растителното царство. Но вироидоподобни cccRNA са открити при животни и хора. Такива патогени включват например хепатит делта вирус (HDV). Той съществува само съвместно с вируса на хепатит B, като използва белтъка на неговата обвивка, за да опакова своята РНК. Въпреки че HDV не се разпространява самостоятелно, това е сериозен проблем за общественото здраве. Инфектирани са над 15 милиона души по света.
Миналата година международен екип учени публикуваха резултатите от уникално изследване. След като разработили изчислителен алгоритъм за идентифициране на cccRNA в транскриптоми (РНК последователности), включително метатранскриптоми – образци, взети от околната среда, а не от конкретен организъм, биолозите анализирали 5131 метатранскриптоми и 1344 растителни РНК последователности. Били идентифицирани повече от 11 хиляди cccRNA, „съжителстващи“ с 4409 вида микроорганизми. Това е пет пъти повече от общия брой вироиди, известни до този момент. Оказало се, че вироидоподобните структури са широко разпространени във всички среди и видове организми гостоприемници – не по-малко широко от познатите РНК вируси като грип, ебола, хепатит С, SARS-CoV-2 и други.
Авторите признават, че работата им е само първият опит за изследване на света на вироидоподобни биологични структури. Теоретично са възможни милиони варианти на кръгови последователности от тип cccRNA и множество вирусоподобни комбинации от cccRNA и гени, кодиращи белтъци.
ОЩЕ: Вируси са причината да оцелеем и съществуваме
Към такива междинни образувания, освен HDV, се онасят по-специално амбивирусите, сателитните вируси и други. Всички те са вирусоподобни агенти, които са по-големи от типичните cccRNA и кодират белтък, но за разлика от истинските вируси все още не притежават ензима, необходим за саморепликация.
Нови обитатели на нашия организъм
След публикуването на изследването биолози от САЩ, Канада и Испания под ръководството на Андрю Файър от Станфордския университет решили да проверят човешкия микробиом – съвкупността от всички микроби, обитаващи нашето тяло – за вироидоподобни и вирусоподобни структури. Те създали биоинформационен инструмент и с негова помощ анализирали данни за секвениране на РНК на чревна и орална микрофлора от базата iHMP – проект на Националния здравен институт на САЩ.
Дешифрирайки геномите на бактериите, учените се натъкнали на напълно нов клас вирусоподобни частици, които били наречени обелиски заради формата си. Това са симетрични пръчици, образувани от усукани пръстеновидни РНК молекули с размер около 1000 нуклеотида.
Обелиските са по-сложни от вироидите – по-дълги, и съдържат кодове за специфични белтъци, наречени облини. В същото време те са по-прости от вирусите, тъй като нямат гени за образуване на белтъчни обвивки. Инструкциите по създаване на облини заемат повече от половината от генома на обелиските. Смята се, че тези специфични белтъци участват в репликацията.
След като проучили 5,4 милиона публикувани генетични последователности, изследователите идентифицирали почти 30 000 обелиска. Те присъствали в седем процента от транскриптомите на чревната флора и половината от образците от устната кухина на човека. Един от обелиските с дължина 1137 нуклеотида е свързан с конкретна бактерия – Streptococcus sanguini, разпространен микроб, който живее в устата.
„Все още не знаем стопаните на другите обелиски – пишат биолозите. – Разумно е да се предположи, че поне част се намират в други бактерии.“
Как обелиските влияят на човешкото здраве, не е известно. Теоретично те могат да променят генетичната активност на своите бактериални гостоприемници и да повлияят на човешките гени.
Най-малката частица живот
Учените все още не могат да решат дали да класифицират вирусите като живи същества – в крайна сметка те не могат да се възпроизвеждат самостоятелно. А сега са открити още по-прости форми на „полуживот“.
Остава открит въпросът в каква посока се е движила еволюцията – дали вирусите са произлезли от усложнили се вироиди и обелиски, или вирусите са се изродили в по-примитивни биологични частици.
Нито по структура, нито по последователност на РНК обелиските не са подобни на нищо друго и образуват отделна филогенетична група.
ОЩЕ: Формула на чудото: крачка към разрешаването на мистерията за произхода на живота
Тези фрагменти от генетичен материал са твърде къси, за да се считат за стандартна форма на живот, но еднозначно представляват едни от най-малките и примитивни биологични единици, способни да възпроизвеждат и предават генетична информация. А това са най-важните признаци на живите организми.
Възможно е обелиските да са преходно звено между молекули и вируси, остатък от древния РНК свят, от който се смята, че е започнала историята на живота на Земята.
