Coccolithovirus — род гигантских двухцепочечных ДНК-вирусов из семейства Phycodnaviridae . Водоросли, в частности Emiliania huxleyi , вид кокколитофорид , [1] служат естественными хозяевами. В этом роде описан только один вид: вирус Emiliania huxleyi 86. [ 1] [2]
Кокколитовирусы имеют оболочку, икосаэдрическую форму и диаметр от 100 до 220 нм. Их геномы линейны, длиной от 410 до 415 кб и, как предполагается, кодируют около 472 белков. [1]
Кокколитовирусы являются частью семейства Phycodnaviridae , одного из пяти семейств, которые принадлежат к большой и филогенетически разнообразной группе вирусов, известных как нуклеоцитоплазматические большие dsDNA-вирусы ( NCLDV ). Эти вирусы либо реплицируются исключительно в цитоплазме клетки-хозяина, либо начинают свой жизненный цикл в ядре хозяина , но завершают его в цитоплазме. В случае EhV-86 стратегия заражения до конца не изучена, но Маккиндер и др. (2009) [3] предложили следующую модель: вирус проникает в клетку-хозяина посредством эндоцитоза , за которым следует слияние его липидной мембраны с мембраной вакуоли хозяина и высвобождение его нуклеопротеинового ядра в цитоплазму. В качестве альтернативы мембрана вируса может напрямую сливаться с плазматической мембраной хозяина. Затем геном вируса высвобождается из капсида в ядро, где он реплицируется вирусной ДНК-полимеразой . Реплицированный геном упаковывается в собранные капсиды в цитоплазме, а вновь образованные (до 400–1000) вирионы, как полагают, транспортируются к плазматической мембране и высвобождаются посредством контролируемого механизма почкования, что приводит к клеточному распаду клетки-хозяина. [ необходима цитата ]
На стадиях G2 и M жизненного цикла коккосфера неполная, и воздействие вируса на плазматическую мембрану увеличивается. Даже при неповрежденной коккосфере заражение может произойти из-за естественных зазоров между кокколитами. [4]
E. huxleyi известен тем, что формирует сезонное цветение водорослей, которое может достигать 250 000 км 2 , во время которого плотность клеток в верхних 200 м увеличивается с 10 3 до 10 5 клеток на мл морской воды. [5] Эти цветения водорослей обычно прекращаются через 5–8 дней, и несколько исследований показали, что прекращение цветения неразрывно связано с заражением кокколитовирусами. [6] Передача вирусов между хозяевами водорослей происходит посредством пассивной диффузии. Кроме того, ДНК EhV была также обнаружена у веслоногих рачков , что привело к предположению, что вирусы далее распространяются зоопланктоном , переносящим вирусы . [7]
На сегодняшний день 14 штаммов EhV были изолированы между 1999 и 2008 годами, в основном из пролива Ла-Манш (EC), а также с побережья Норвегии и Шотландии. [8] [9] [10] [11] [12] Хотя частичные последовательности всех этих 14 штаммов доступны, EhV-86 является единственным штаммом, который был полностью секвенирован из-за высокоповторяющейся природы генома. [13] Секвенирование EhV-86 выявило кольцевой геном длиной 407 339 п.н. с 472 предсказанными кодирующими последовательностями ( CDS ). Примечательно, что 80% этих предполагаемых генов на сегодняшний день не имеют гомологов в базе данных. Те, которым можно было бы назначить функцию из-за сходства последовательностей или совпадений доменов белков, включают субъединицы ДНК и РНК-полимеразы , восемь протеаз, а также по крайней мере четыре гена, которые кодируют белки, участвующие в биосинтезе сфинголипидов. Было показано, что они были приобретены от хозяина посредством горизонтального переноса генов . [14]
Кроме того, геном EhV-86 выявил три отдельных семейства (A, B, C) повторяющихся областей в геноме. [15] Семейство C состоит из AT-богатых повторов, которые не являются кодирующими и, вероятно, являются частью начала репликации ( ORF ). Семейство B представляет собой GC-богатые повторы, которые обнаружены в белковых продуктах восьми предсказанных CDS. Гомологичные области семейства A различаются по размеру от 30 до 300 п.н. и обнаружены в участке генома размером 104 кб.н. (200–304 кб.н.), который не содержит генных гомологов с известной функцией в текущих базах данных. Повторяющиеся единицы семейства A являются некодирующими и характеризуются наномером (GTTCCC(T/C)AA), который в общей сложности появляется в 106 местах в пределах этого региона. Эта последовательность обнаружена непосредственно выше 86 CDS и, вероятно, играет роль в контроле экспрессии связанных CDS. [ необходима цитата ]
Во время инфекции был описан отчетливый паттерн экспрессии вирусных генов, который можно разделить на три фазы в соответствии с экспрессией CDS. [16] Через час после заражения было транскрибировано 39 вирусных генов, затем еще 194 гена через 2 часа и 71 ген через 4 часа. Все 39 генов, которые экспрессируются через 1 час после заражения, расположены в области 104 т.п.н. и имеют наномер непосредственно перед стартовым кодоном. Поскольку экспрессия вирусной РНК-полимеразы не была обнаружена через 1 час после заражения, еще предстоит установить, распознается ли промотор упакованной вирусной РНК-полимеразой или РНК-полимеразой хозяина. Однако протеомный анализ вириона EhV-86 не обнаружил никаких основных субъединиц РНК-полимеразы. [17]
Уильям Уилсон и его команда из Морской биологической ассоциации (MBA), Университета Восточной Англии и Плимутской морской лаборатории (PML) впервые наблюдали вирус в 1999 году. Позднее, летом 2005 года, исследователи Плимутской морской лаборатории (Уилли Уилсон и др.) и Института Сэнгера (Холден и др.) секвенировали геном штамма EhV-86, обнаружив, что он имеет 472 гена, кодирующих белок, что делает его «гигантским вирусом» и крупнейшим известным морским вирусом по геному [2] .
В ходе первоначального исследования генома Coccolithoviruses была обнаружена последовательность генов, ответственных за выработку церамида . [18] Церамид является контролирующим фактором в клеточной смерти, и в настоящее время считается, что Coccolithovirus использует это для продления жизни Emiliania huxleyi , пока он использует клетку-хозяина для репликации. Это уникальная способность, невиданная ни в одном другом вирусном геноме на сегодняшний день. [ необходима цитата ]
