Мимивирус (Acanthamoeba polyphaga mimivirus, APMV) — вирус, единственный представитель рода мимивирус (Mimivirus). Этот вирус отличается капсидом вторым по диаметру среди всех известных вирусов, а также, по сравнению с другими вирусами, вторым по длине (более 1200000 пар оснований) и Сложноструктурированная геномом. В свете нехватки точных данных о природе данного вируса, его открытие вызвало большой интерес в научных кругах. Было высказано предположение, что мимивирус существу отличной формой жизни, не относится ни к вирусам, ни к бактериям, или является промежуточным звеном между ними.

Открытие

APMV был случайно найден в 1992 году в амебе Acanthamoeba polyphaga, в честь которой он и был назван, в ходе исследования легионеллеза. Вирус был обнаружен в препарате окраской по Граму, и вследствие этого был ошибочно принят за грамположительные бактерии. Этот организм был назван Bradfordcoccus в честь района в котором была найдена бактерия (Брэдфорд, Англия). В 2003 году исследователи из Средиземноморского университета (Марсель, Франция) опубликовали статью в журнале Science, в которой описали данный микроорганизм как вирус.

Существует гипотеза, что мимивирус может вызвать у людей некоторые формы пневмонии. До сих пор были найдены лишь косвенные свидетельства в пользу этой гипотезы в виде антител к вирусу, обнаруженных у пациентов, страдающих этой болезнью.

Классификация

Мимивирус ни был еще помещен Международным комитетом по таксономии вирусов в любой семьи, но, на основании данных полученных при исследовании Метаген, предполагается существование дополнительных членов предложенной семьи Mimiviridae. Согласно классификации по Балтимором, мимивирус был отнесен к группе I, то есть группы вирусов, чей генетический материал представляет собой двухцепочечную ДНК, и не имеющие РНК-стадии. В эту группу входят такие семьи вирусов как иридовирусы, поксвирусов и другие. Все эти вирусы отличаются большими размерами, похожими молекулярными характеристиками и сложными геномами.

Ряд белков мимивирус, участвующих в репликации генома, оказались гомологичными белкам других крупных нуклеоплазматичних ДНК-содержа вирусов (поксвирусов, иридовирусы, фикоднавирусы), что говорит об их общем происхождении. Однако большое количество мимивирусних белков не проявляет сходство не с одним известным в наше время белком. Кроме того, геном мимивирус кодирует значительное количество белков, напоминающие эукариотические и бактериальные. Вероятно, как это часто случается с вирусами, эти гены были приобретены мимивирус повторно и происходят из геномов хозяев вируса и их паразитов.

Структура

Мимивирус, имея капсид диаметром 400 нм с многочисленными 100-нанометровыми белковыми нитями на нем, является одним из крупнейших вирусов среди известных на сегодняшний день (самый известный вирус это Pithovirus). В научной литературе приведены размеры вириона от 400 нм до 800 нм, в зависимости от того, замеряется диаметр капсида или общая длина вируса в продольной оси. Капсид содержит три слоя плотного вещества, вероятно двух липидных мембран толщиной 4 нм каждая и белковой оболочки толщиной около 7 нм. Под электронным микроскопом можно наблюдать гексагональную форму капсида, что указывает на икосаедральну симметрию белковых структур капсида. В мимивирус не наблюдается внешней оболочки, указывает на то, что мимивирус покидает зараженную клетку путем экзоцитоза.

Мимивирус обладает многими особенностями строения, характерными и для других вирусов своей группы. Липидный слой, которым выстилается внутренняя поверхность капсида и который был найден во всех этих вирусов, по предположению М. Сьюзан-Монти (M. Suzan-Monti) и соавторов также присутствует и в мимивирус. Центральная часть вируса, содержащего в себе ДНК, выглядит под электронным микроскопом как темноокрашенными область.

Из очищенных вирионов были выделены несколько различных мРНК, кодирующих ДНК-полимеразы, белки капсида и факторы транскрипции, близкие к TFII. Также были найдены мРНК, кодирующих аминоацил-тРНК-синтетазу и 4 неидентифицированных молекулы мРНК, специфичных для мимивирус. Эти мРНК могут быть транслированы без экспрессии вирусных генов и, вероятно, необходимые мимивирус для репликации. Другие ДНК-содержавшие вирусы, такие как вирус герпеса (Herpes simplex virus type-1), также содержат подобные мРНК.

Геном

Геном мимивируса состоит из линейной молекулы ДНК, содержащий около 1185000 пар оснований. Это самый геном среди всех известных науке вирусов, он в два раза длиннее, чем следующий по размеру геном миовирусу Bacillus phage G. Кроме того, мимивирус владеет крупнейшим объемом генетической информации, чем как минимум 30 организмов, имеющих клеточное строение.

Дополнительно к уникальному для вирусов размера генома, мимивирус владеет примерно 911 генами, кодирующих белки, значительно более 4 необходимых каждому вируса генов. Анализ генома показал наличие генов, не присутствует ни в каких других вирусов, в частности генов, кодирующих аминоацил-тРНК-синтетазу и других, выявленных только у организмов с клеточным строением. Как и другие крупные ДНК-содержавшие вирусы, мимивирус содержит набор генов для кодирования ферментов углеводного, липидного и аминокислотного метаболизма, однако среди них есть и такие, которые не найдены в других вирусов.

Примерно 10% генома приходится на некодирующие участки ДНК.

Геном мимивируса и эволюция ДНК-содержа вирусов

Гипотетически представители группы крупных нуклеоплазматичних ДНК-содержа ведут свое начало от сложных (возможно клеточных) форм, таких как современные микоплазмы и риккетсии, то есть бактерий, что в процессе эволюции в результате паразитического образа жизни потеряли большую часть генов. В пользу этой гипотезы говорит наличие в геноме этих вирусов большого количества «лишних» генов, которые не являются необходимыми для размножения, и функционально дублируют гены хозяев. Считается, что эти гены являются своего рода «реликтом», оставшийся от периода «самостоятельности». Многие из вирусных генов не имеет гомологов в геномах клеточных организмов, указывает на эволюционную обособленность их гипотетического предка от архей, бактерий и эукариот, что теоретически позволяет выделить их в четвертый домена жизни.

Хотя ряд белков мимивирус, участвующих в репликации генома, и есть гомологичными белкам других вирусов, мимивирус оказался своего рода рекордсменом по количеству уникальных генов, которые не имеют сходства ни с одним белком, известным в настоящее время, и поэтому некоторые ученые считают мимивирус генетическим реликтом, близким к общему предку крупных ДНК-содержа вирусов. С изучением мимивирус связывается надежда получить информацию об этом общего предка.

Еще одним интересным свойством генома мимивируса оказалось наличие большого количества гомологичных копий одних и тех же генов. Пожалуй, некоторые гены предка мимивирус подверглись дупликации, а затем эволюционировали независимо друг от друга. Это наблюдение позволило некоторым ученым предположить, что экстраординарные размеры генома мимивируса объясняются не столько его близостью к гипотетическому предку, сколько особенностями занимаемой им экологической ниши, накладывает меньшие ограничения на размеры генома.

Репликация

Стадии репликации мимивирус все еще слабо изучены. Известно, что мимивирус присоединяется к рецепторам на поверхности клеток амебы и с помощью них попадает внутрь клетки. Внутри вирус распадается, а инфицированная клетка продолжает нормальную жизнедеятельность. Примерно через 4:00 в нескольких местах внутри амебы начинают появляться скопления не характерно для нее вещества, а через 8:00 после инфекции в клетке уже хорошо заметна множество вирионов мимивируса. Цитоплазма продолжает наполняться новыми вириона и через 24 часа после инфекции клетка разрывается и высвобождает вирусные частицы.

Очень немного известно о деталях жизнедеятельности вируса внутри клетки, в частности процесса репликации, транскрипции, трансляции и сборки вирионов. Однако с помощью электронной микроскопии инфицированных клеток была обнаружена агрегация капсидов мимивирус в ядре клетки и установлено образование внутреннего липидного слоя вируса отпочкование от ядра, а также найдены частицы, схожие с «вирусными фабриками», которые образуются при инфекциях другими вирусами той же группы.

Мимивирус и определение понятия «жизнь»

Мимивирус обладает многими свойствами, которые помещают его на грань живого и неживого. По своим размерам он превосходит некоторых бактерий, таких как Rickettsia conorii или Tropheryma whipplei, содержит геном, имеет размеры, сопоставимые с размерами геномов многих паразитических бактерий (в частности вышеназванных), и имеет гены, не найдены в других вирусов, в том числе такие, кодирующих ферменты синтеза нуклеотидов и аминокислот, которые отсутствуют даже в некоторых мелких бактерий-внутриклеточных паразитов. Это означает относительную независимость мимивирус (в отличие от указанных бактерий) от генома клетки-хозяина, кодирующего основные метаболические пути. Однако мимивирус не имеет генов синтеза рибосомных белков, из-за чего он испытывает необходимость в рибосомах хозяина. Сочетание этих свойств вызвало в научной среде споры, является ли мимивирус особой формой жизни, доменом, вместе с эукариотами, бактериями и археями.

Однако, мимивирус не обладает гомеостазом, не отвечает на раздражители, не растет и не размножается самостоятельно (вместо синтезируется клеткой и самособирается в ней из отдельных компонентов), что типично для вирусов.

Гены, свойственные мимивирус (в том числе белки, кодирующих капсид), хранятся во множестве вирусов, поражающих организмы всех трех доменов. На основании этого факта делается предположение, что мимивирус связан с ДНК-содержа вирусами, которые появились примерно одновременно с древними организмами, имеют клеточное строение, и занимают ключевое положение в происхождении жизни на Земле.

Изображения по теме

  • Мимивирус