Autor: Jana Hlaváčová
Virové nákazy patrně nebudou tak úzce zacílené, jak se nám mohlo zdát. Klasifikace virů podle taxonomické příslušnosti jejich hostitelů se otřásají v základech pod výsledky nových studií, které ukazují na schopnost virů prostupovat skrze všechny základní větve života.
Přírodovědci rozeznávají tři základní větve či domény života – archea, bakterie a eukaryota. Podle zařazení hostitele do těchto domén můžeme viry rozdělit na archeoviry, bakterioviry a eukaryoviry. Specifická povaha interakce mezi virem a hostitelem vede k přednostní výměně genetické informace mezi viry a buněčnými organismy z jedné domény. Viry se však mohou často přepisovat do genomů bakteriálních symbiontů, které se nacházejí v eukaryotických buňkách. Takové interakce vytvářejí příležitosti pro genetickou výměnu mezi viry a organismy jiných domén. Autoři nedávné studie si posvítili právě na možnosti takovýchto dalekých přeskoků. Místo na DNA se ovšem zaměřili na proteiny, respektive na motivy či „tvary“ složených bílkovin typické pro jednotlivé domény života. Nejdříve identifikovali proteinové motivy u archeovirů, bakteriovirů a eukaryovirů. Následně zjišťovali jejich rozšíření u tří domén organismů. Takto odhalili motivy, které se mohly přenést z virů do buněk a z buněk do virů. Viry sdílí s ostatními organismy velké skupiny proteinových struktur, na jejichž základě vědci předpověděli neočekávané genetické vztahy mezi bakterioviry a eukaryoty či eukaryoviry a bakteriemi. Tyto vztahy poskytují jedinečný pohled na původ a evoluci virů, kterou lze jen obtížně zkoumat pomocí tradičních genetických a molekulárně-biologických analýz v důsledku rychlého tempa mutací genových sekvencí virů.
S nákazou dvou odlišných druhů organismů ze stejné domény života jedním virem se setkáváme zcela běžně. Například člověk se prvně nakazil virem HIV od šimpanzů, koronavirem SARS od netopýrů a virem H1N1 od ptáků. Vědci však nedávnými studiemi potvrdili, že viry mohou infikovat také organismy pro ně cizí domény.
Vztahy mezi viry a hostiteli biologové z velké části mapují pozorováním účinků virové infekce na buňky nebo mikroskopickou detekcí virových částic. V centru pozornosti zůstává kvůli škodlivým účinkům na lidské zdraví, hospodářská zvířata a zemědělství lytický způsob virové reprodukce – životní cyklus virů, při kterém nakazí buňku, nechají se mnohonásobně nakopírovat, buňku zabijí a vyrazí nakazit další oběti. Některé viry však mohou zvolit alternativní strategii a začlenit se do buněčných genomů takzvanou endogenizací. Kromě toho mnoho virů buď infikuje bakteriální symbionty eukaryotických buněk, nebo se nacházejí endogenizované v genomech vnitrobuněčných bakterií infikujících širokou škálu eukaryotických hostitelů. Tyto interakce mezi viry a buňkami z velké části hostitelům bezprostředně neškodí a pravděpodobně zůstanou podceňovány zavedenými metodami objevování virů. Ještě důležitější ale je, že rozostřují tradiční pojem hostitele viru a zvyšují možnost interakce různých virů a současné výměny genetického materiálu s organismy z více než jedné domény života.
Dvojice vědců nedávno popsala eukaryotický gen v bakteriofágu WO, který se nachází endogenně v genomu intracelulární α-proteobakterie Wolbachia. Ta, jak čtenář už možná někdy slyšel, infikuje rozsáhlé skupiny členovců. Jeden eukaryotický gen se tak dostal na pomyslnou křižovatku hned několika velkých skupin buněčných i nebuněčných organismů. Pokud se chce virus nakopírovat, musí prostoupit membránami jak bakteriálních, tak eukaryotických organismů. Viry endosymbiotických bakterií tak očividně mohou posloužit jako zajímavé příklady „přenašečů“ genetického materiálu z různých domén života.
Zastoupení motivů skládání proteinů typických pro archální, bakteriální a eukaryotické viry v třech hlavních větvích života. A značí archea, B bakterie, E eukaryoty a V typy skládání exkluzivní jen pro viry té které skupiny. Pod n nalezneme množství srovnávaných genomů (respektive proteomů), pod m množství nalezených velkých rodin typů skládání (FSV). Podle Malik et al. 2018.
V nejnovější studii srovnala skupina autorů genomy 3440 archeovirů, bakteriovirů a eukaryovirů se zaměřením na různé proteinové motivy, které dokáží vytvářet. Následně sledovala rozšíření stejných vzorů u 1620 hostitelů – archeí, bakterií a eukaryot. Vzory seskupila podle typu skládání do velkých rodin (fold superfamilies, FSF) podle databáze strukturní klasifikace proteinů (SCOP) tak, aby zahrnovaly vzdáleně příbuzné strukturní části proteinů, které pravděpodobně ukazují na sdílené předky. Analýza ukázala, že hostitelé virů obsahují několik charakteristických proteinových vzorů nezbytných pro sestavení virových částic a úspěšné dokončení cyklu virové infekce. Tyto proteiny však chybí u většiny organismů v rámci stejné domény, což naznačuje, že jejich vzácná přítomnost může být výsledkem genového přenosu z viru na buňku. Na druhou stranu mohou buňky s viry sdílet FSF, aniž by sloužily jako přirození hostitelé virů. Zvláště patrné je sdílení FSF mezi bakterioviry a zástupci eukaryot, což může být způsobeno velkým množstvím vnitrobuněčných symbiotických i patogenních bakterií, které se přenášejí mezi eukaryoty.
Přestože se archea s bakteriemi často setkávají ve stejných ekosystémech, autoři naznačují, že mezi archeoviry a bakteriemi či eukaryoty neprobíhá skoro žádná genetická výměna. Bakterie bývají patogeny a endosymbionty eukaryot, ale není známo, že by eukaryotické organismy infikovala archea. Membrány archeí se od membrán bakterií a eukaryot liší mimo jiné ve složení lipidů, což by mohlo pro archeoviry podílející se na mezidoménové genetické výměně představovat výraznou bariéru. Naopak díky poměrně podobné lipidové organizaci cytoplazmatické membrány bakterií a eukaryot mohou možná bakterioviry přímo procházet eukaryotickými membránami. Kromě toho existuje mnoho známých příkladů vnitrobuněčných bakterií (např. Chlamydia, Rickettsia, Mycoplasma) u eukaryot. Proto virové infekce bakteriálních endosymbiontů nebo endogenní integrace virů do genomu vytvářejí více příležitostí pro genetické interakce mezi eukaryoviry a eukaryoty samotnými.
Na druhou stranu je třeba poznamenat, že archeoviry a archeální druhy jsou nepoměrně méně zastoupeny v databázích genetických dat i proteinových motivů. Globální obraz skutečného přínosu archeovirů a archeálních proteomů tak zůstává navzdory zvýšenému úsilí zatím nevyjasněný. Vzhledem k tomu, že archea představují důležitou součást živočišné mikroflóry – ekosystém, který je považován za jedno z nejžhavějších míst genetické výměny – můžeme se možná v budoucnu dočkat nejednoho překvapení.
Společné sdílení velké skupiny strukturních motivů proteinů mezi viry a organismy všech buněčných domén života navíc podporuje hypotézu koexistence virových a buněčných předků před vznikem organismů s moderními buňkami. Tomuto scénáři nasvědčují i další rozsáhlé studie a brzy tak pro nás možná budou počátky života daleko jasnější.
Výsledky výše zmíněného výzkumu tudíž přinášejí jedinečný pohled na přenos genů, respektive strukturních motivů proteinů, mezi viry a buňkami. Zdůraznit si zaslouží zejména početnější genetické výměny mezi bakterioviry a eukaryoty a eukaryoviry a bakteriemi. Zdá se, že archea se svými viry naopak stojí daleko více stranou. Globálnější obraz evolučního chápání interakcí virů a buněk v každém případě přepisuje učebnicovou definici hostitele viru a nutí nás zamyslet se nad celou problematikou klasifikace virů z pohledu hostitele.
Zdroj: Malik SS, Azem-e-Zahra S, Kim KM, Caetano-Anollés G & Nasir A (2017): Do Viruses Exchange Genes across Superkingdoms of Life? Frontiers in Microbiology, 8.