Структура цианобактериального вируса в высоком разрешении раскрыта исследователями

Исследовательская группа Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) обрисовала структуру малоизвестного вируса с высоким разрешением, улучшая наше понимание вирусной инфекции и может проложить путь к более точным прогнозам изменения климата.

С помощью передовой техники, включающей криоэлектронную микроскопию, им удалось получить изображения вируса — цианофага P-SCSP1u — с почти атомным разрешением в его естественной форме и изучить его, чтобы увидеть, как его различные части сочетаются друг с другом. Это помогло показать, как различные белки работают в вирусе и как они взаимодействуют, делая вирус стабильным и способным инфицировать клетки.

Цианофаги вместе с цианобактериями-хозяевами играют важную роль в морских биогеохимических циклах и контроле морских пищевых сетей. P-SCSP1u является типичным представителем группы цианофагов под названием MPP-C, которые содержат наименьшие геномы среди цианоподовирусов и действуют по-разному при заражении бактерий. Но о процессе заражения мало что известно, учитывая отсутствие структурной информации высокого разрешения.

Команда, возглавляемая профессором ДАН Шанъюем, доцентом кафедры наук о жизни, и профессором Цзэн Цинлу, доцентом кафедры наук об океане и кафедры наук о жизни HKUST, использовала передовую технику – одно- криоэлектронная микроскопия частиц (крио-ЭМ) – для детального изучения вируса, выявления механизма сборки головки и молекулярного взаимодействия части цианофага, называемой портально-хвостовым комплексом.

Сравнивая его с другими подобными вирусами с известной структурой, команда получила представление о том, как различные компоненты этих вирусов меняются с течением времени в процессе заражения.

Кроме того, исследование дает нам возможность детально рассмотреть портально-хвостовой комплекс, который помогает контролировать ДНК вируса. Сравнивая ее с аналогичной структурой другого вируса, называемого фагом Т7, исследование показывает, как эти типы вирусов контролируют свою ДНК. Команда также узнала о двух новых частях — клапане и воротах — которые помогают этим вирусам контролировать, как они пропускают и выходят ДНК.

«Мы считаем, что эта нативная структура цианофага с высоким разрешением является важным и своевременным вкладом в область бактериофагов для понимания вирусных инфекций», — сказал профессор Данг.

Цианофаги — это вирусы, которые заражают цианобактерии — фотосинтезирующие бактерии, играющие решающую роль в экосистемах Земли. Помимо кислорода, они также обеспечивают большое количество пищи и топлива, которые мы потребляем в повседневной жизни. Эти вирусы специфичны для заражения цианобактерий и могут существенно влиять на популяцию и поведение этих бактерий. Это некоторые из причин, почему понимание того, как эти бактерии растут и умирают, имеет решающее значение для определения количества углерода в океанах.

В солнечной воде около 5 процентов этих цианобактерий заражены цианофагами. При заражении эти вирусы захватывают бактерии и заставляют их производить больше вирусов, что похоже на превращение бактерий в фабрику по производству вирусов.

Эти вирусы могут влиять на то, как бактерии производят энергию из солнечного света, не позволяя им использовать CO.₂Это приводит к потере огромного количества углерода каждый год, больше, чем производят все коралловые рифы, болота и морские растения на Земле, объяснил профессор Цзэн.

По его словам, выяснение того, как эти вирусы действуют и заражают своих хозяев, имеет решающее значение, поскольку помогает ученым понять, как они влияют на бактерии, океаны и даже климат.

«Цианобактерии широко распространены в водах Гонконга и играют важную роль в глобальном выбросе CO.₂ фиксация. Глобальная численность и способность цианобактерий связывать углерод важны для расчета морского углеродного баланса. Цианофаги являются основной причиной гибели цианобактерий. Изучение процесса заражения цианофагами важно для понимания того, как они регулируют популяции цианобактерий, что имеет решающее значение для точной оценки глобального баланса углерода и прогнозирования изменения климата», — добавил профессор Цзэн.

По его словам, понимание того, как эти вирусы заражаются, может помочь в будущем использовать вирусы для борьбы с вредными цианобактериями в пресной воде, добавив, что это также будет важно для сельского хозяйства и обеспечения чистоты питьевой воды.

Исследование было недавно опубликовано в журнале Природные коммуникации.

«Нам доставляет огромную радость поделиться нашей работой со всем научным сообществом, и мы рады узнать, что наши усилия были отмечены престижным журналом. Наша тяжелая работа не была напрасной», — сказал профессор Данг.

Однако часть волоконной структуры остается нерешенной в нынешней структуре команды из-за ее высокой гибкости, но эта часть важна для того, чтобы вирус распознал и заразил своего хозяина.

На следующих шагах команда планирует имитировать заражение вирусом и определить ряд структур, чтобы лучше понять весь процесс. По словам профессора Данга, это может позволить им выяснить структуру всего волокна и проверить предложенный механизм, изложенный в статье.