Странная инфекция. В кишечнике человека обнаружили новый вид жизни

В 1920-х американские фермеры сообщили ученым: среди клубней картофеля появились вытянутые и скрученные. Это была инфекция, но возбудителя тогда так и не выявили.

Только в 1971-м биолог Теодор Динер установил, что причина — не грибок, не бактерия и не вирус, а патоген другого, нового типа, в десятки раз меньше вируса. Ученый предложил термин вироид, то есть вирусоподобный. Как выяснилось, более трети заболеваний растений вызваны вироидами. В том числе экзокортис цитрусовых, карликовость хризантемы, пятнистость авокадо, латентная мозаичность персика и веретеновидность клубней картофеля.

Вироиды устроены проще, чем вирусы. Это замкнутые кольцевые одноцепочечные молекулы РНК (сссРНК) длиной от 246 до 467 нуклеотидов. Для сравнения: в геноме мельчайшего из известных вирусов их более 2000.

РНК вироидов не кодирует белки, поэтому у них нет характерной для вирусов белковой оболочки (капсида) и белков, необходимых для размножения. Предполагается, что для репликации они используют ферменты зараженной клетки. Как происходит передача инфекции от растения к растению, пока остается загадкой. Доказано только то, что это возможно механическим путем — например, через зараженные сельскохозяйственные инструменты.

Долгое время считали, что вироиды обитают лишь в царстве растений. Но вироидоподобные сссРНК обнаружили у животных и человека. К таким патогенам относится, например, вирус гепатита дельта (HDV). Он существует только совместно с вирусом гепатита В, используя белок его оболочки для упаковки своей РНК. Хотя HDV самостоятельно не распространяется, он — серьезная проблема для здравоохранения. Инфицировано более 15 миллионов человек по всему миру.

В прошлом году международная группа ученых из консорциума по открытию РНК-вирусов во главе с Евгением Куниным из Национальных институтов здравоохранения США (NIH) опубликовала результаты уникального по масштабам исследования. Разработав вычислительный алгоритм идентификации сссРНК в транскриптомах (последовательностях РНК), включая метатранскриптомы — образцы, взятые из среды, а не у конкретного организма, биологи проанализировали 5131 метатранскриптомов и 1344 последовательностей РНК растений. Выявили более 11 тысяч cccRNA, "сосуществующих" с 4409 видами микроорганизмов. Это в пять раз больше, чем общее количество вироидов, известных до этого. Оказалось, что вироидоподобные структуры распространены во всех средах и видах организмов-хозяев — не менее широко, чем известные РНК-вирусы, такие как грипп, Эбола, гепатит С, SARS-CoV-2 и другие.

Авторы признают, что их работа — лишь первая попытка изучить мир вироидоподобных биологических структур. Теоретически возможны миллионы вариантов кольцевых последовательностей типа сссРНК и множество вирусоподобных комбинаций из cccRNA и генов, кодирующих белки.

К таким промежуточным образованиям, помимо HDV, относятся, в частности, амбивирусы, сателлитные вирусы и другие. Все это — вирусоподобные агенты, которые крупнее типичных сссРНК и кодируют белок, но, в отличие от настоящих вирусов, еще не обладают ферментом, необходимым для саморепликации.

После публикации исследования биологи из США, Канады и Испании во главе с Эндрю Файром из Стэнфордского университета решили проверить на вироидо- и вирусоподобные структуры микробиом человека — совокупность всех микробов, населяющих наш организм. Создали биоинформационный инструмент и с его помощью проанализировали данные секвенирования РНК микрофлоры кишечника и ротовой полости из базы iHMP — проекта Национальных институтов здравоохранения США.

Расшифровывая геномы бактерий, ученые наткнулись на совершенно новый класс вирусоподобных частиц, которые за их форму назвали обелисками. Это симметричные палочки, образованные скрученными кольцевыми молекулами РНК размером около 1000 нуклеотидов.

Обелиски сложнее вироидов — длиннее и содержат коды специфических белков, названных облинами. В то же время они проще вирусов, так как у них нет генов для формирования белковых оболочек. Инструкции по созданию облинов занимают более половины генома обелисков. Предполагают, что эти специфические белки участвуют в репликации.

Изучив 5,4 миллиона опубликованных генетических последовательностей, исследователи идентифицировали почти 30 тысяч обелисков. Они присутствовали в семи процентах транскриптомов кишечной флоры и половине образцов из ротовой полости человека. Один из обелисков длиной 1137 нуклеотидов удалось связать с конкретной бактерией Streptococcus sanguini — распространенным микробом, обитающим во рту.

"Пока мы не знаем хозяев других обелисков, — пишут биологи. — Разумно предположить, что по крайней мере часть находится в других бактериях".