​​Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (МГУ) и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого впервые установили, как изменяется бактериальная клетка при заражении гигантским вирусом бактерий — бактериофагом phiKZ. Оказалось, что по мере созревания псевдоядра, образуемого фагом в ходе инфекции, внутри него появляется густая сеть из тяжей вирусной ДНК и белков, напоминающая функционально упаковку ДНК в ядрах живых организмов. Это может говорить в пользу теории о том, что клеточные ядра эукариот имеют вирусное происхождение.
Существует несколько гипотез о том, как из прокариотических (доядерных) организмов возникли эукариоты, клетки которых обладают ядром. Предполагают, например, что появление клеточного ядра связано с симбиозом между представителями двух царств прокариот: бактерией и археей. Проникшая в бактериальную клетку архея, по этой версии, превратилась в ядро. По другой версии, ядро возникло, когда клетка выработала вторую мембрану, а первичная мембрана превратилась в барьер между ядром и остальной частью клетки. Согласно еще одной гипотезе («теория вирусного эукариогенеза»), появившейся в XXI веке, клеточной ядро происходит от вируса, который после заражения клетки (бактерии или археи) стал управлять ей. 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 синегнойную палочку заражает гигантский вирус бактерий — бактериофаг phiKZ. 

«Некоторое время назад было показано, что бактериофаг phiKZ в ходе инфекции бактериальной клетки образует внутри нее сферическую область — компартмент, причем его размер сравним с самой бактерией. Он покрыт белковой оболочкой, внутри которой упаковывается огромное количество ДНК этого вируса, а также часть ДНК-связывающих белков. По форме и предполагаемой функции этот компартмент напоминает ядро эукариотической клетки, поэтому он и называется псевдоядром», — рассказывает руководитель проекта Мария Якунина, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии Института биомедицинских систем и биотехнологий СПбПУ.

Ученые заражали клетки бактерии бактериофагом phiKZ, а затем окрашивали ДНК вируса и собственную ДНК бактерии флуоресцентными красителями после определенных промежутков времени. Оказалось, что бактериальная ДНК покидает центральное положение в клетке и уходит на периферию, тогда как ее место постепенно занимает вирусная ДНК, которой становится всё больше. Этот же результат показал и другой метод — просвечивающая электронная микроскопия: уже через пять минут после заражения нуклеоид бактерии сдвигается на периферию, а через 15 минут появляется псевдоядро с вирусной ДНК. С самого начала заражения ДНК бактериофага располагается внутри специальных шаровидных компартментов, затем внутри псевдоядра и, наконец, переносится в новообразованные фаговые частицы. Как считают авторы, каждый из этих «отсеков» эффективно отделяет ДНК от систем защиты хозяина.

Новые бактериофаги появляются спустя 30 минут после начала инфицирования. Чтобы исследовать строение зрелого псевдоядра на этом этапе, ученые использовали 3D-электронную микроскопию, или электронную томографию. Они показали, что трехмерная организация фаговой ДНК внутри псевдоядра напоминает сеть из ДНК-белковых комплексов. Вероятно, это отражает сложный механизм компактизации фаговой ДНК, похожей на упаковку ДНК эукариот.

«Мы показали, что инфекция бактериофагом phiKZ приводит к значительным перестройкам внутри бактериальной клетки, превращая бактерию во что-то абсолютно непохожее на нее прежнюю, — комментирует Мария Якунина. — Теория вирусного происхождения ядра — только одна из многих. Однако, наблюдая за процессами внутри клетки, инфицированной гигантским фагом phiKZ, довольно легко представить, что это действительно могло произойти много-много веков назад. При этом высока вероятность, что белки внутри псевдоядра выполняют функцию, аналогичную таковой у гистонов при упаковке ДНК в ядре эукариотической клетки».

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Viruses, кратко о них рассказывается на сайте РНФ.

Источник: polit.ru

Фото: Бактерия Pseudomonas aeruginosa, зараженная бактериофагом phiKZ на поздних стадиях инфекции. Изображение получено методом электронной томографии (© Danilova et al./Viruses, 2020).

Похожие новости

  • 12/11/2020

    Предметный рейтинг агентства RUR: Иркутский и Алтайский госуниверситеты

    ​​Иркутский государственный университет вошел в очередной предметный рейтинг лучших вузов, составленный экспертами агентства Round University Ranking (RUR). Согласно данным, в мировом рейтинге Life Sciences (Науки о жизни, включают исследования в области биологии, биохимии, экологии и ряда смежных специальностей) ИГУ поднялся на 522-е место, в рейтинге вузов России — на 22 место (в 2019 году — 538-е и 26-е место, соответственно).
    363
  • 08/06/2018

    Российские ученые смоделировали процесс синтеза биотоплива

    ​Российские ученые из Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) построили термодинамическую модель синтеза биотоплива для жидкой системы. Результаты исследования помогут создать более эффективные способы производства топлива из органического сырья и модифицировать известные еще с XIX века термодинамические правила.
    967
  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    2047
  • 20/04/2018

    Ученые обнаружили неожиданные функции белка, ответственного за программируемую гибель клеток

    Продолжая исследовать необычные роли белка каспаза-2, одного из важнейших участников апоптоза (программируемой клеточной гибели), биологи обнаружили еще один белок, с которым он может взаимодействовать.
    1136
  • 30/05/2017

    Ученые испытали препараты для лечения сложных случаев наркомании и алкоголизма

    ​Специалисты НИИ психического здоровья Томского национального исследовательского медицинского центра РАН испытали новые методы лечения сложных случаев алкоголизма и наркомании. По данным специалистов, в настоящее время увеличивается число случаев сочетания проявлений наркологической или алкогольной зависимости с другими психическими расстройствами.
    2636
  • 14/12/2020

    В России придумали, как повысить надежность титановых имплантатов

    Наномодификация поверхностей привычных материалов позволяет добиться появления новых функциональных свойств, расширяющих возможности их применения. Специальные биосовместимые антикоррозионные покрытия для титана способны значительно повысить надежность медицинских имплантатов, их эффективность и сроки работы в организме.
    421
  • 29/12/2017

    Ученые разработали алгоритм для ДНК-оригами

    Международный коллектив российских и американских ученых предложил алгоритм компьютерного моделирования сложенных из ДНК трехмерных конструкций. Такие нанороботы могут использоваться в электронике и медицине, например, для доставки лекарств.
    1462
  • 20/08/2018

    Учеными созданы железные спирали тоньше человеческого волоса

    ​Исследователи СПбГУ смогли синтезировать микроспирали соединений железа диаметром около 12 микрон - почти в десять раз тоньше человеческого волоса. Их можно будет использовать, например, для создания сенсоров с высокой чувствительностью, а также в качестве миниатюрных электромагнитов или индукторов.
    1051
  • 21/12/2017

    Российские химики создали универсальные компоненты для любых лекарств

    Ученые Института живых систем Балтийского федерального университета имени И. Канта с коллегами из Лаборатории химической фармакологии Санкт-Петербургского государственного университета предложили простой способ получения соединений дикарбоновых кислот, которые являются "кирпичиками" для создания практически любых молекул.
    1019
  • 10/04/2018

    Российские химики выяснили, как повысить емкость батареек в 1,5 раза

    ​Химики из России нашли способы повысить энергетическую емкость щелочных батареек и аккумуляторов почти в 1,5 раза, изучая свойства концентрированных солей лития, говорится в статье, опубликованной в журнале Electrochimica Acta.
    1085