Первые «животные клетки» могли быть созданы вирусами
Когда вирус заражает живую клетку, он угоняет и перепрограммирует клетку, превращая ее в фабрику по производству вируса. Ученые из Калифорнийского университета впервые обнаружили, насколько серьезным может быть это перепрограммирование: клетки бактерий эффективно превращаются в животные или растительные клетки. Возможно, именно так появились первые клетки сложных организмов.
Исследование показывает, что когда вирус перехватывает бактериальную клетку, он быстро разрушает нормальную структуру клетки, включая ДНК. Затем он строит новые структуры, которые сильно напоминают ядра, встречающиеся в клетках животных, человека и растений. Это ядро представляет собой генетический центр управления клеткой такой вот «высшей» формы жизни, но ранее никогда не обнаруживалось в бактериальной клетке. Это говорит о том, что более высокие клетки могли в первую очередь произойти в процессе древних взаимодействий между бактериями и вирусами.
Известно, что вирусы внедряют свой генетический материал в клетку-носитель, которую вирусная ДНК использует для воспроизводства. В конце концов клетка лопается, выпуская новые целехонькие вирусы, которые могут инфицировать другие клетки и запускать процесс заново.
Калифорнийская исследовательская группа опубликовала в Science статью, в которой она описала, как помечала вирусные белки флуоресцентными маркерами. Затем ей удалось использовать видеомикроскоп и увидеть в реальном времени, что именно происходило внутри бактериальной клетке-носителе по мере прогрессии вирусной инфекции.
Они обнаружили, что различные вирусные белки собираются внутри бактериальной клетки в функциональный механизм, который выглядит и ведет себя очень похоже на ядро человеческой клетки. Эта ядроподобная структура удерживалась в центре клетки длинными трубчатыми белковыми волокнами, подобно белкам, которые позиционируют ядро человеческой клетки.
За пределами ядроподобной структуры вирусные белки встраиваются в вирусные оболочки. Они дают вирусам их уникальную форму и служат в качестве средства защиты и передачи вирусной ДНК. После того, как оболочка завершена, их транспортируют в ядроподобную структуру, где вирусная ДНК упаковывается непосредственно в них и готовит их к высвобождению в качестве новых вирусов.
Происхождение сложных клеток
Несмотря на обширные исследования репликации вирусов, это первое доказательство того, что вирусы перепрограммируют бактериальные клетки, чтобы их поведение было больше похоже на поведение животных или человеческих клеток. Сходство между вирусной репликацией и сложными клеточными процессами могло бы объяснить, как высшие формы жизни могли изначально произойти из отношений между более простыми организмами, такими как бактерии и вирусы.
В частности, оно поддерживает теорию, известную как «вирусный эукариогенез». Согласно этой теории, высшие клетки появились, когда вирусы захватили бактериальные клетки и развивались с формированием ядра. Это похоже на другие теории, которые предполагают, что митохондрии, энергетические центры человеческих и животных клеток, когда-то были отдельно живущими бактериями, которые существовали в первых животных клетках. Или то, что хлоропласты, которые помогают растениям преобразовывать солнечный свет в энергию, были когда-то отдельно живущими фотосинтезирующими бактериями, которые эволюционировали и стали частью современных растительных клеток.
Результаты этого исследования могут быть решающими для понимания того, развилась ли жизнь из относительно простых организмов в сложные и затем в разнообразные формы жизни, которые населяют нашу планету сегодня. По сути, это исследование проводит давно напрашивающееся разделение между бактериями и высшими организмами.
Кроме того, вирусы поражают не только бактерий. Вирусные инфекции чрезвычайно распространены в организме человека и животных, тот же грипп. Вполне возможно, что в будущем уточненное знание вирусной репликации у бактерий можно будет применить к изучению вирусных заболеваний человека и животных.