Коли вірус заражає живу клітину, він викрадає і перепрограмовує клітину, перетворюючи її на фабрику по виробництву вірусу. Вчені з Каліфорнійського університету вперше виявили, наскільки серйозним може бути це перепрограмування: клітини бактерій ефективно перетворюються у тваринні або рослинні клітини. Можливо, саме так з’явилися перші клітини складних організмів.
Дослідження показує, що коли вірус перехоплює бактеріальну клітину, він швидко руйнує нормальну структуру клітини, включаючи ДНК. Потім він будує нові структури, які сильно нагадують ядра, що зустрічаються в клітинах тварин, людини і рослин. Це ядро являє собою генетичний центр управління клітиною своєрідна «вища» форма життя, але яка раніше ніколи не виявлялася в бактеріальній клітині. Це говорить про те, що більш високі клітини могли в першу чергу відбутися в процесі давніх взаємодій між бактеріями і вірусами.
Відомо, що віруси впроваджують свій генетичний матеріал в клітину-носій, яку вірусна ДНК використовує для відтворення. Зрештою клітина лопається, випускаючи нові життєздатні віруси, які можуть інфікувати інші клітини і запускати процес заново.
Каліфорнійська дослідницька група опублікувала в Science статтю, у якій вона описала, як позначали вірусні білки флуоресцентними мітками. Потім їй вдалося використати відеомікроскоп і побачити в реальному часі, що саме відбувалося всередині бактеріальної клітини-носії у міру прогресії вірусної інфекції.
Вони виявили, що різні вірусні білки збирають всередині бактеріальної клітини функціональний механізм, який виглядає і веде себе дуже схоже на ядро людської клітини. Ця ядроподібна структура утримувалася в центрі клітини довгими трубчастими білковими волокнами, подібно білкам, які позиціонують ядро людської клітини.
За межами ядроподібної структури вірусні білки вбудовуються в вірусні оболонки. Вони дають вірусам їх унікальну форму і служать в якості засобу захисту і передачі вірусної ДНК. Після того, як оболонка завершена, їх транспортують у ядроподібну структуру, де вірусна ДНК упаковується безпосередньо в них і готує їх до вивільнення в якості нових вірусів.
Походження складних клітин
Незважаючи на широкі дослідження реплікації вірусів, це перший доказ того, що віруси перепрограмують бактеріальні клітини, щоб їх поведінка була більше схожа на поведінку тварин або людських клітин. Схожість між вірусною реплікацією і складними клітинними процесами могло б пояснити, як вищі форми життя могли спочатку відбутися між більш простими організмами, такими як бактерії і віруси.
Зокрема, вони підтримують теорію, відому як «вірусний еукаріогенез». Згідно цієї теорії, вищі клітини з’явилися, коли віруси захопили бактеріальні клітини і розвивалися з формуванням ядра. Це схоже на інші теорії, які припускають, що мітохондрії, енергетичні центри людських і тваринних клітин, колись були окремо живучими бактеріями, які існували в перших клітинах тварин. Або те, що хлоропласти, які допомагають рослинам перетворювати сонячне світло в енергію, були колись окремо живучими фотосинтезуючими бактеріями, які еволюціонували і стали частиною сучасних рослинних клітин.
Результати цього дослідження можуть бути вирішальними для розуміння того, чи розвинулася життя з відносно простих організмів до складних і потім в різноманітні форми життя, які населяють нашу планету сьогодні. По суті, це дослідження проводить поділ між бактеріями і вищими організмами.
Крім того, віруси вражають не тільки бактерії. Вірусні інфекції надзвичайно поширені в організмі людини і тварин, той же грип. Цілком можливо, що в майбутньому уточнене знання вірусної реплікації у бактерій можна буде застосувати до вивчення вірусних захворювань людини і тварин.