Ученые выяснили, что цианобактерии, много лет назад насытившие атмосферу кислородом, действовали не в одиночку. Как оказалось, они подвергались атакам вирусов. Умные вирусы не сразу убивали своих жертв. Они захватывали и видоизменяли гены цианобактерий. В результате формировались белковые комплексы, которые намного повышали эффективность работы фотосинтеза.
Роль цианобактерий, или одноклеточных сине-зеленых водорослей, в эволюции нашей планеты переоценить невозможно. Благодаря происходившему в них фотосинтезу содержание кислорода примерно 2,5 млрд лет назад в атмосфере Земли повысилось до 20%. Правда, как считают профессора Итай Шарон (Itai Sharon), Одед Бейя (Oded Beja) из Израильского технологического института (Technion-Israel Insitute of Technology, Хайфа) и их коллеги, заслуга в этом принадлежит не только цианобактериям. На самом деле значительную часть всего кислорода произвели вовсе не они, а поражающие их вирусы -- цианофаги, считают авторы работы.
По словам профессора Шарона, существует как минимум три семейства вирусов-цианофагов: Siphoviridae, Podoviridae и Myoviridae.
Вирусы, как известно, организмы зависимые, поскольку не могут сами синтезировать белки. Чтобы успешно размножаться, они встраивают свой генетический материал в клетку, которую поражают. Вместо своих белков инфицированная клетка начинает синтезировать белки вируса. Без своих белков инфицированная клетка погибает. Правда, не сразу. Ведь вирус должен предоставить возможность пораженной клетке синтезировать его белки. Более того, создать для этого самые благоприятные условия. Эта стадия представляет особый интерес для биологов.
Вирус, нападающий на цианобактерии
[v1] В 2003 году профессор Николас Манн из университета Уорвика (Великобритания) и его коллеги впервые обнаружили у вируса, поражающего цианобактерии, гены, кодирующие белки фотосистемы II. Эти гены, как показали тогда ученые, включались в организм хозяина. Цианобактерии начинали синтезировать белки, необходимые для фотосинтеза, а все питательные вещества шли на благо вируса. Оказывается, на этом взаимоотношения вируса и цианобактерии не прекратились.
Под прицелом новая мишень
Профессор Шарон и его коллеги провели анализ ДНК вирусов, поражающих цианобактерии двух родов -- Synechococcus и Prochlorococcus. И обнаружили в геноме вируса гены, кодирующие белки другой системы -- фотосистемы I.
«Во время инфицирования вирус проникает в клетку цианобактерии и начинает использовать ее гены фотосистемы I, одновременно модифицируя их. В результате образуется кластер из семи генов: psaA, B, C, D, E, K и уникальное слияние двух генов J и K», -- рассказывают авторы исследования. Фотосистема II очень чувствительна к фотоповреждениям, то есть при избыточном освещении или неслаженной работе электрон-транспортной цепи выходит из строя, а фотосистема I более стабильна. Поэтому неудивительно, что вирус избирательно модифицирует гены именно этой системы.
Работа белков
Кластер из семи генов производит видоизмененные белки, которые включаются в мембраны входящих в цианобактерии хлоропластов. Эти белки играют роль переносчиков электронов. Правда, не совсем обычных. Они хороши тем, что работают по не совсем традиционной схеме. То есть перехватывают не только поток электронов, поступающий к ним от светособирающих комплексов. Они «отнимают» электроны еще и у других источников, например у цитохромов – белков, служащих переносчиками при различных окислительно-восстановительных процессах в клетке (например, дыхании). «Все это необходимо для более эффективной работы фотосинтеза. При этом формируется более питательная среда, необходимая вирусу для успешного существования и размножения», -- объясняют авторы работы.
Исследования израильских ученых можно прочитать в журнале Nature.
