Бактериофаг поддерживает вирусную теорию происхождения ядра клетки. | Журнал "Вольт"
Чт. Ноя 26th, 2020


Ученые из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (МГУ) и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого впервые установили, как изменяется бактериальная клетка при заражении гигантским бактериальным вирусом – бактериофагом phiKZ. Оказалось, что по мере созревания псевдоядра, образованного фагом при заражении, внутри него появляется плотная сеть нитей вирусной ДНК и белков, которая функционально напоминает упаковку ДНК в ядрах живых организмов. Это может поддерживать теорию о вирусном происхождении ядер эукариотических клеток.

Бактерия Pseudomonas aeruginosa, инфицированная бактериофагом phiKZ, на поздних стадиях инфекции.  Изображение получено методом электронной томографии © Данилова и др. / Вирусы, 2020Бактерия Pseudomonas aeruginosa, инфицированная бактериофагом phiKZ, на поздних стадиях инфекции.
Изображение, полученное с помощью электронной томографии

© Данилова и др ./ Вирусы, 2020

Существует несколько гипотез о том, как эукариоты, клетки которых имеют ядро, произошли от прокариотических (прядерных) организмов. Предполагается, например, что появление ядра клетки связано с симбиозом представителей двух прокариотических царств: бактерий и архей. Проникая в бактериальную клетку архей, согласно этой версии, превратилась в ядро. По другой версии, ядро ​​возникло, когда в клетке образовалась вторая мембрана, а первичная мембрана превратилась в барьер между ядром и остальной частью клетки. Согласно другой гипотезе («теория вирусного эукариогенеза»), появившейся в 21 веке, ядро ​​клетки происходит от вируса, который после заражения клетки (бактерий или архей) стал ею управлять. Эта теория получила значительную поддержку после открытия гигантских сложных ДНК-вирусов (таких как мимивирус), способных к биосинтезу белков.

В новой работе исследователи выяснили, что происходит, когда синегнойная палочка заражается гигантским бактериальным вирусом – бактериофагом phiKZ.

«Некоторое время назад было показано, что бактериофаг phiKZ при заражении бактериальной клетки образует внутри нее сферическую область – компартмент, размер которого сопоставим с самой бактерией. Он покрыт белковой мембраной, внутри которой упаковано огромное количество ДНК этого вируса, а также часть ДНК-связывающих белков. По своей форме и предназначению этот отсек напоминает ядро ​​эукариотической клетки, поэтому его называют псевдоядром », – рассказывает руководитель проекта Мария Якунина, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии Института биомедицинских систем и биотехнологии СПбПУ.

Ученые заражают бактериальные клетки бактериофагом phiKZ, а затем через определенные промежутки времени окрашивают ДНК вируса и собственную ДНК бактерий флуоресцентными красителями. Оказалось, что бактериальная ДНК покидает центральное положение в клетке и уходит на периферию, а ее место постепенно занимает вирусная ДНК, которой становится все больше и больше. Такой же результат показал другой метод – просвечивающая электронная микроскопия: через пять минут после заражения нуклеоид бактерии перемещается на периферию, а через 15 минут появляется псевдоядро с вирусной ДНК. ДНК бактериофага с самого начала заражения располагается внутри специальных сферических отсеков, затем внутри псевдоядра и, наконец, переносится на новообразованные фаговые частицы. По словам авторов, каждый из этих «отсеков» эффективно отделяет ДНК от защитных систем хозяина.

Новые бактериофаги появляются через 30 минут после начала заражения. Чтобы изучить структуру зрелого псевдоядра на этом этапе, ученые использовали трехмерную электронную микроскопию или электронную томографию. Они показали, что трехмерная организация ДНК фага внутри псевдоядра напоминает сеть комплексов ДНК-белок. Вероятно, это отражает сложный механизм уплотнения фаговой ДНК, подобный упаковке эукариотической ДНК.

«Мы показали, что инфицирование бактериофагом phiKZ приводит к значительным перестройкам внутри бактериальной клетки, превращая бактерию во что-то совершенно отличное от предыдущей, – комментирует Мария Якунина. – Теория вирусного происхождения ядра – лишь одна из многих. Однако, наблюдая за процессами внутри клетки, инфицированной гигантским фагом phiKZ, довольно легко представить, что это могло действительно произойти много-много веков назад. В то же время весьма вероятно, что белки внутри псевдоядра выполняют функцию, аналогичную функции гистонов во время упаковки ДНК в ядре эукариотической клетки. “

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале. Вирусы, кратко описан на сайте Российского научного фонда.

Источник: полит.ру



Source link

от Admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *