Раскрыта тайна возникновения вирусов на Земле

Раскрыта тайна возникновения вирусов на Земле

Международной группе ученых с помощью искусственной эволюции удалось воссоздать вирусоподобные белковые частицы, способные хранить в себе гены и защищать их от внешней среды, например, от нуклеаз — ферментов, которые используются организмами для разрушения чужеродных геномов. В своей статье, опубликованной в журнале Science, исследователи раскрыли, что похожим образом на Земле могли возникнуть первые вирусы.

Вирус состоит из внешней белковой оболочки или капсида, внутри которой упакованы нуклеиновые кислоты РНК или ДНК, которые кодируют как белки капсида, так и ферменты, необходимые для сборки новых вирионов, то есть полноценных вирусных частиц. Пока остается тайной, каким образом возникли первые вирусы, хотя получение искусственных аналогов может стать полезным для разработки новых систем доставки лекарств в организм и генной терапии. Но даже самые простые вирионы потребовали миллионы лет эволюции в дикой природе.

Отправной точкой для исследования стал ранее полученный нуклеокапсид, сконструированный из бактериального фермента люмазинсинтазы Aquifex aeolicus (AaLS), который способен спонтанно образовывать наноконтейнеры из 60 субъединиц, но не имеет сродства к нуклеиновым кислотам. Ученые внесли изменения в AaLS путем цикличной перестановки аминокислот и добавлением пептида λN, способного связываться c BoxB — петлевой структурой РНК (шпилькой). С помощью искусственного отбора ученые добились того, чтобы полученные нуклеокапсиды NC-3 могли эффективно захватывать мРНК (имеющие BoxB), кодирующие белки оболочки. На первом этапе только один из восьми NC-3 мог упаковать в себя полноразмерный геном.

Для улучшения свойств NC-3 исследователи начали вносить в капсидные гены мутации с помощью полимеразной цепной реакции, в ходе которой синтезируются неточные копии РНК. Полученную библиотеку генов с мутациями подвергли трем циклам сборки нуклеокапсидов и обработки нуклеазой (ферментом, расщепляющим нуклеиновые кислоты), а те гены, что «выжили», вновь размножили. Эволюционировавший вариант нуклеокапсида, обозначенный как NC-4, эффективно упаковывал кодирующую его белки РНК и отличался повышенной устойчивостью к нуклеазам. Кроме того, в отличие от своих предшественников, он оказался способен вмещать существенно более длинные молекулы РНК, состоящие из 863 нуклеотидов.

Искусственная эволюция также сказалась на размерах нуклеокапсида. Если изначально диаметр AaLS достигал в размере всего лишь 16 нанометров, то добавление пептида λN и последующий искусственный отбор расширил диаметр до 30 нанометров. В оболочках NC-4 возникли поры, которые значительно меньше отверстий у предшественников и лучше защищают РНК-геном от нуклеаз, потенциально способных проникнуть внутрь капсида.

Как пишут ученые в своей статье, успешное преобразование белка бактерий в нуклеокапсид, который спонтанно упаковывает и защищает свою собственную кодирующую мРНК, служит иллюстрацией того, как древние самореплицирющие молекулы могли использовать белки для образования вирионов. Хотя в экспериментах был использован фермент, уже способный формировать капсид, легко представить, как эволюция могла создать из мелких белков оболочки, способных защищать свои РНК-молекулы.


commnetКомментарии

Пожалуйста, войдите / зарегистрируйтесь
или авторизируйтесь через любую соц. сеть, чтобы оставить комментарий.


Похожие новости
Ученые вылечили болезнь печени коррекцией мутировавшего гена 31 марта 2014 г.

Ученые вылечили болезнь печени коррекцией мутировавшего гена

Американские ученые вылечили мышей от редкого заболевания печени, вызванного генной мутацией. Была применена новая система редактирования генов на основе бактериальных белков. Работа, которая описывается в журнале Nature Biotechnology, доказывает, что...

дальше...

Биологи раскрыли тайны «темной материи» в ДНК 05 апр. 2016 г.

Биологи раскрыли тайны «темной материи» в ДНК

Фото: DepositphotosМолекулярные биологи из Института Глэдстоун придумали новый способ расшифровки ДНК, который позволит определить, как "темное вещество" генома — те участки, что не кодируют белки, — влияет на гены и, как следствие, определяет генетическое...

дальше...

ДНК-ножницы превратили в отвертку 24 мая 2016 г.

ДНК-ножницы превратили в отвертку

Команда молекулярных биологов из Гарвардского университета представила результаты работы, призванной выяснить возможности технологии CRISPR/Cas9 в новом для нее качестве — как системы искусственной регуляции генов (при помощи созданных человеком химических...

дальше...

Коронавирус научился встраиваться в ДНК людей 12 мая 2021 г.

Коронавирус научился встраиваться в ДНК людей

Ученые Массачусетского технологического института показали, что коронавирус SARS-CoV-2 способен встроить собственную генетическую информацию в геном инфицированной клетки через обратную транскрипцию. В результате клетка производит химерные транскрипты...

дальше...

Добавь воды: зачем нужна гиалуроновая кислота 12 авг. 2020 г.

Добавь воды: зачем нужна гиалуроновая кислота

У летнего ухода за лицом есть свои особенности, хотя базовые этапы ежедневной рутины остаются неизменными круглый год. Это всегда — очищение, тонизация и крем или сыворотка по типу кожи. Смена косметических продуктов не должна быть привязана к дате в...

дальше...

Следы “инопланетной” ДНК в человеческом геноме ставит под сомнение теорию Дарвина 20 марта 2015 г.

Следы “инопланетной” ДНК в человеческом геноме ставит под сомнение теорию Дарвина

Исследователи Кембриджского университета совершили открытие, способное пролить свет на то, как зародилась жизнь на нашей планете. Они обнаружили следы “чужеродной” ДНК – 145 генов, которые могут опровергнуть одну из “священных коров” мировой науки – теорию...

дальше...

Биологи научились включать произвольные гены при помощи РНК 02 февр. 2015 г.

Биологи научились включать произвольные гены при помощи РНК

Молекулярные биологи совершили прорывное открытие в генной инженерии – им удалось заставить молекулы РНК не только отключать, но и включать гены, что заметно упростит все генетические эксперименты и открывает дорогу для создания биокомпьютеров.1 / 2МОСКВА...

дальше...

Ученые: Мышечную силу рук определяют 16 генов 12 июля 2017 г.

Ученые: Мышечную силу рук определяют 16 генов

Ученые сообщили, что мышечную силу рук могут определять гены. Британские исследователи отметили, что по итогам анализа ДНК сотни тысяч людей удалось выделить 16 генов, мутации которых определяют указывающий параметр, отмечается в статье на страницах Nature...

дальше...

Последние новости

Новости на сегодня 18 июня 2021 г.