Ученые представили доказательства «гонки вооружений» между вирусами и их носителями, которая длилась миллиарды лет

Исследователи предложили новую эволюционную модель происхождения царства вирусов под названием Bamfordvirae, предполагая эволюционную гонку вооружений между двумя группами внутри этого царства и их хозяевами, которая длилась миллиарды лет. Их исследование, опубликованное в качестве рецензируемого препринта в журнале eLife, представляет собой, по словам ученых, убедительный анализ, который продвигает понимание глубокой эволюционной истории вирусов, взаимодействия между вирусами и первыми эукариотами (организмами с клетками, которые включают ядро) и диверсификацию вирусных линий.

Вирусы царства Bamfordvirae составляют одну из самых разнообразных групп, поражающих живые организмы. К ним относятся большие ядерно-цитоплазматические ДНК-вирусы (NCLDV; самые крупные вирусы, охарактеризованные на сегодняшний день), вирофаги (вирусные паразиты других вирусов), аденовирусы (распространенные вирусы, вызывающие симптомы простуды и гриппа), а также Mavericks и Polinton-подобные вирусы (оба вирусоподобные мобильные генетические элементы, колонизирующие геномы своих хозяев).

Существуют две основные гипотезы происхождения этих вирусов: гипотеза «ядерного побега» и гипотеза «сначала вирофаг». Гипотеза ускользания от ядра гласит, что Maverick-подобный предок произошел от хозяев (эндогенных), сбежал из ядра клетки-хозяина и дал начало аденовирусам и NCLDV. Напротив, гипотеза о первом вирофаге предполагает, что NCLDV эволюционировали совместно с ранними вирофагами. Затем Mavericks произошли от вирофагов, которые стали эндогенными, а аденовирусы вышли из ядра хозяина на более поздней стадии.

«Несмотря на эти предложенные сценарии, диверсификация вирусов в царстве Bamfordvirae остается основным открытым вопросом в эволюции вирусов. Чтобы лучше понять их историю, мы хотели проверить прогнозы, сделанные как моделями ядерного побега, так и моделями первого вирофага и рассмотреть альтернативные сценарии происхождения различных родословных», — сказал Хосе Габриэль Ниньо Барреат, научный сотрудник Оксфордского университета, Великобритания.

Барреат является соавтором исследования вместе с Арисом Кацуракисом, профессором эволюции и геномики на факультете биологии Оксфордского университета.

Барреат и Кацуракис использовали два метода проверки гипотез (максимум правдоподобия и байесовские модели), чтобы сравнить правдоподобие побега из ядра и альтернативные эволюционные сценарии. Они сосредоточились на четырех ключевых белках, общих для вирусов этой линии, которые участвуют в формировании вирусных капсидов: основные и второстепенные белки капсида, АТФаза, упаковывающая ДНК, и протеаза.

Они применили еще два метода, которые используют генетические данные для оценки корневых филогений, чтобы сделать вывод об эволюционной траектории различных родословных. Затем они оценили, произошли ли аденовирусы и NCLDV от общего предка, как это предсказывает сценарий побега от ядерного оружия.

Их анализ выявил убедительные доказательства против сестринских отношений между аденовирусами и NCLDV, как это предполагает гипотеза ускользания от ядра. Вместо этого результаты показывают, что аденовирусы произошли от общего предка с Mavericks, за исключением NCLDV. Вопреки сценарию «сначала вирофаг», исследователи обнаружили, что самый недавний общий предок Mavericks и аденовирусов не был вирофагом. Тем не менее, их работа не исключает полностью гипотезу первого вирофага, что делает ее лучше всего подтвержденной текущими филогенетическими анализами.

Кроме того, их работа подтверждает положение наследственного корня Bamfordvirae между вирофагами и другими вирусными линиями. Это позиционирование указало команде на новую модель эволюционного происхождения этих вирусов.

«Модель предполагает, что предок Bamfordvirae не возник в результате вторжения в ядро эукариотической клетки и что это был ДНК- вирус, не являющийся вирофагом, с небольшим геномом», — говорит соавтор Арис Кацуракис. «Образ жизни вирофагов развился на более позднем этапе, когда они стали специализированными паразитами предков NCLDV».

Кацуракис добавляет, что относительное время событий предполагает, что самый последний общий предок царства Bamfordvirae существовал более миллиарда лет назад, простираясь до начальных стадий эукариотической жизни. Однако абсолютная временная шкала для точной датировки этих событий в настоящее время недоступна.

Другое ограничение исследования заключается в том, что филогенетический сигнал в проанализированных данных о белках мог быть скрыт глубокими расхождениями и чрезвычайным разнообразием в этой линии. Тем не менее, авторы смогли четко различать альтернативные сценарии, а акцент на происхождении и развитии вирусного капсида обеспечивает простой способ объяснить имеющиеся данные.

«Эта работа вносит свой вклад в наши знания о том, как вирусы развивают различные эволюционные стратегии, например, становясь паразитами других вирусов, таких как вирофаги, или вирусными гигантами, такими как NCLDV», — говорит Барреат. «Помимо того, что вирусы играют важную роль в экосистемах Земли, становится все более очевидным, что вирусы могли способствовать крупным эволюционным переходам в истории жизни. Поэтому понимание глубокой эволюционной истории вирусов дает больше контекста для этих древних взаимодействий и действующих лиц».

«Раскрытие взаимодействий между вирусами и их хозяевами открывает окно в глубокое эволюционное прошлое, которое освещает происхождение обоих этих биологических объектов», — заключает Кацуракис.