Бактериофаги, заражающие внутриклеточных паразитических бактерий вольбахий, содержат в своем геноме крупные фрагменты ДНК, позаимствованные у членистоногих. Среди множества генов, находящихся в этих «украденных кусках» генома, есть и ген латротоксина — яда черной вдовы. Обнаружить это удалось ученым из Университета Вандербильта, которые секвенировали и проанализировали геномы этих вирусов. Работа опубликована в журнале Nature Communications, некоторые дополнительные подробности можно прочитать в пресс-релизе университета.
Необычность бактериофагов WO, о которых идет речь в статье, заключается в том, что они заражают не свободно живущих бактерий, а облигатных (т. е. постоянных) паразитов членистоногих. Вольбахии живут только внутри эукариотических клеток, поэтому, помимо задачи проникнуть в клетку своего собственного хозяина, у бактериофагов WO есть дополнительная цель — проникнуть в клетку хозяина своего хозяина (т. е. в клетку животного).
Обычно бактериофаги очень специфичны в выборе мишени: они заражают только один вид или даже один штамм бактерий. Связана эта избирательность с тем, что проникновение обеспечивается точным соответствием между поверхностными белками хозяина и белками «ножек», которыми вирус крепится к бактерии. Очевидно, что для бактериофагов WO механизмы проникновения должны быть сложнее аналогичных механизмов других бактериофагов, но пока они изучены очень плохо. Новая работа позволяет предположить, что для проникновения в эукариотические клетки вирус использует его собственные гены.
Ученые исследовали бактериофагов WO, которые заражают вольбахий из клеток паразитических ос Nasonia giraulti и мучной моли Ephestia kuehniella. Насекомых выращивали на соответствующей питательной среде, а затем выделяли из их тела вирусные частицы (вирионы) бактериофагов. ДНК, извлеченную из очищенных вирусных частиц, затем секвенировали и собирали в цельную последовательность.
Оказалось, что до половины генома бактериофагов WO разных штаммов содержит ДНК, позаимствованную у эукариотических клеток. Для бактериофагов (которые, как ясно из названия, заражают бактерий) это уникальный, до сих пор не описанный случай. Эта «украденная» у ядерных клеток ДНК формирует четко ограниченные кластеры, которые авторы назвали EAM (eukaryotic association module). Среди генов, обнаруженных в этих кластерах, нашлось большое количество «родственников» белков из яда черной вдовы. Точнее говоря, речь идет о белках с доменами, гомологичными C-концевому домену латротоксина — этот кусок токсина паука присутствует в цитоплазме его некоторых клеток и может обеспечивать их лизис при выработке яда.
Латротоксины характерны только для пауков, и обнаружение их у животных совершенно другого класса членистоногих само по себе весьма необычно. Филогенетический анализ позволяет предположить, что гены с доменами лактротоксинов были когда-то захвачены вирусом у пауков, а затем вместе с вольбахиями «переехали» к новым хозяевам, насекомым. Что именно делают эти белки в вирусном геноме, пока не ясно, однако по косвенным признакам можно предположить, что они сохраняют свою активность (об этом говорит, в частности, нетронутость важных участков этих белков). Вполне возможно, что способность токсинов разрушать клетки используется бактериофагами как раз для получения доступа к вольбахиям. «Есть свидетельства, что бактериофаги производят инсектицидные токсины, но мы пока не уверены, как они используются и когда именно», — пояснил один из авторов работы пресс-службе университета.
Вольбахии являются ярким примером длительного облигатного паразитизма, в результате которого ранее свободно живущие бактерии настолько приспособились к своему хозяину, что потеряли способность жить вне его клеток. Хозяева, в свою очередь, также стали зависимы от паразитов: некоторые насекомые не могут размножаться или даже жить без заражения вольбахиями. Исследования паразитов имеют и практическое, медицинское применение — заражение насекомых вольбахиями в некоторых случаях препятствует передаче вирусов Зика и деньге, так что потенциально этих бактерий можно использовать как биологический метод контроля опасных для человека инфекций.
