Каліфорнійські мікробіологи виявили понад 350 бактеріофагів (вірусів бактерій) з великим геномом, в якому закодовано багато елементів системи синтезу білків і раніше невідомі варіанти CRISPR-Cas, повідомляється в. Передбачається, що ці віруси використовують систему бактеріального імунітету CRISPR для боротьби з фагами-конкурентами.
Бактеріофаги найчастіше витягують з бактерій, які можна виростити в лабораторіях, а їх коло обмежене. У той же час фаги відіграють велику роль у регуляції природних екосистем: контролюють чисельність мікроорганізмів, знищуючи їх, або, навпаки, підвищуючи їх стійкість до антибіотиків. Проте про віруси бактерій «з природи» відомо мало.
Крім того, їх вивчення ускладнює і те, що в лабораторних дослідженнях для виділення бактеріофагів часто застосовують фільтри з отворами діаметром 100 або 200 нанометрів, через які не проходять клітини, але також можуть не пройти і великі вірусні частинки (скажімо, гігантські віруси аміб мають діаметр 300 нанометрів і більше). Ймовірно, через це деякі великі фаги досі не виявили.
Тому Джилліан Бенфілд (Jillian Banfield) і співробітники її лабораторії в Каліфорнійському університеті в Берклі зібрали зразки ДНК з озер і річок, гарячих джерел, різних ґрунтів, морських донних відкладень, печер, а також фекалій людини та інших тварин. Усі фрагменти, які явно не належали археям та їхнім вірусам, самим бактеріям, а також еукаріотичним (з клітинами, що мають ядро) організмам та їхнім вірусам, віднесли до ДНК фагів.
На основі передбачуваної ДНК бактеріофагів дослідники зібрали 351 послідовність нуклеотидів. З них вручну зібрали 35 повних фагових геномів. Інші кілька десятків, на думку вчених, вийшли неповними. Серед цих 35 чотири мали довжину більше 630000 пар підстав, а досі найдовший відомий геном бактеріофагу включав 596000.
У ряді послідовностей ДНК виявили гени, які зазвичай керують синтезом білка: кодують фактори транскрипції і трансляції, транспортні РНК (потрібні для перенесення амінокислот до рибосомів) і рибосомальні білки. У самих вірусних частинках немає рибосом, і синтез білка там йти не може. Тому вчені припустили, що бактеріофаги запускають дію описаних генів у клітці-господині, «зламуючи» там процеси транскрипції і трансляції і налаштовуючи їх під якісь свої потреби.
Найцікавіше те, що в деяких геномах нових фагів знайшли компоненти системи CRISPR-Cas, яку бактерії використовують для боротьби з вірусами. Фагова CRISPR-Cas відрізнялася від бактеріальної. У ній, зокрема, відшукали новий невеликий білок сімейства Cas12. Його назвали Cas^ (фі). Бенфілд і колеги припускають, що виявлені ними бактеріофаги запускають всередині клітини-господині свою систему CRISPR-Cas, щоб ефективніше знищувати інші фаги, які інфікують ту ж клітку.
Враховуючи, що бактеріофаги з великими геномами виявили в різних екосистемах і середовищах, виходить, вони дуже поширені в природі. Але крім цього фундаментального факту у результатів роботи є і практичне застосування. Ймовірно, нетипові варіанти CRISPR-Cas з великих бактеріофагів ляжуть в основу нових засобів редагування геному.
Хоча будова вірусів простіша, ніж пристрій клітинних організмів, їхні геноми досить різноманітні. Зовсім недавно бразильські дослідники описали нові ДНК-містять віруси амеб - яравіруси, 90 відсотків генів яких не має аналогів серед відомих білок-кодуючих послідовностей нуклеїнових кислот.