В человеческой микрофлоре нашли тысячи «обелисков»
В бактериях кишечника и полости рта обитают самостоятельные молекулы РНК, родственные вироидам.
«Обелисками» сотрудники Стэнфордского университета назвали короткие кольцевые РНК, найденные у бактерий человеческой микрофлоры. Кольцевые РНК есть у вирусов и вироидов, и изначально исследователи искали как раз их. Про вирусы мы слышим чаще, и вряд ли стоит подробно говорить, что они собой представляют: нуклеиновая кислота с вирусными генами, заключённая в белковый чехол-капсид; поверх белкового капсида у многих вирусов ещё есть липидная оболочка. Нуклеиновая кислота может быть ДНК или РНК, причём в разных структурных формах. Кольцевая вирусная РНК может появляться на той или иной стадии жизни вируса, причём как у ДНК-вирусов, так и у РНК-вирусов.Но кроме вирусов, есть ещё вироиды. Это просто замкнутые в кольцо небольшие молекулы РНК, безо всяких оболочек. В вироидной РНК много участков, в которых азотистые основания могут провзаимодействовать друг с другом. Они и взаимодействуют, так что одна половина молекулы прилипает к другой – кольцевая РНК вытягивается, превращаясь в палочку. Вироиды не кодируют никаких белков, а последовательность их такова, что их полностью обслуживают клеточные ферменты. Размножаясь, вироиды вредят клетке – скорее всего, они взаимодействуют с РНК самой клетки, не давая считывать с них информацию, так что в клетке, например, каких-то белков оказывается меньше, чем нужно. Долгое время считалось, что вироиды поражают только растения (вироидные болезни растений, вроде веретеновидности клубней картофеля, были известны сравнительно давно, но сами вироиды получилось описать только в начале 70-х годов прошлого века). Потом вироиды стали обнаруживать и у других живых существ. К примеру, вирус гепатита D – это вироидоподобная РНК, которая пользуется белками вируса гепатита В. То есть у вируса гепатита D есть белковая оболочка, но она образована белками вируса гепатита В, и, соответственно, чтобы размножаться в клетке, вирусу гепатита D нужен вирус гепатита В. Вообще говоря, вирус гепатита D называют не вироидом, а вирусом-сателлитом, кроме него есть и другие вирусы-сателлиты, но на вироиды они все очень похожи. Возможно, когда-то они и были настоящими вироидами, которые в какой-то момент сумели присоседиться к настоящим вирусам.
В последовательностях кольцевых РНК, вироидных и вирусных, есть некоторые особенности, которые позволяют отличить их от прочих РНК – матричных, рибосомных и т. д. Исследователи разработали алгоритм, позволяющий искать такие РНК в базах данных РНК-последовательностей. Алгоритм использовали на базе данных с последовательностями РНК из бактерий человеческой микрофлоры. У бактерий, как и у нас, постоянно работают те или иные гены, то есть информация генов с ДНК переводится в РНК. Бактериальную РНК можно выделить и прочитать, а прочитанные последовательности отправить в соответствующую базу данных.
Исследователи обнаружили среди РНК бактерий человеческой микрофлоры около 30 тыс. видов кольцевых молекул длиной в среднем около 1000 нуклеотидов. Они отчасти напоминали вироиды, однако это были не настоящие вироиды. Они принадлежали к какому-то до сих пор невиданному типу РНК, которые получили название «обелисков». «Обелиски» – судя по их последовательностям – тоже должны были быть палочкообразными; в некоторых из них есть каталитические рибозимные участки, подобные тем, что есть у вироидов (рибозимами называют РНК или участки РНК, способные катализировать определённые биохимические реакции). Однако в некоторых «обелисках» есть зоны, которые кодируют белки, что сильно отличает их от ничего не кодирующих вироидов. Судя по генетической последовательности, белки «обелисков» участвуют в репликации (удвоении) РНК. Кодирующие последовательности в геноме делают «обелиски» слегка похожими на вирусы, но никаких оболочечных-капсидных белков у них нет, то есть это вироидоподобные голые РНК. Интриги добавляет то, что белки «обелисков» не принадлежат ни к одной известной белковой семье.
РНК в базах данных относилась к нескольким сотням образцов кишечной микрофлоры и нескольким десяткам образцов ротовой микрофлоры. Если судить по доле образцов, в которых удалось найти новые странные РНК, то в бактериях рта «обелиски» встречаются намного чаще, чем в бактериях кишечника – в 50% образцов изо рта против 7% образцов кишечной микрофлоры. Удалось также определить бактерию, которая тесно связана с одним из «обелисковых» семейств – это бактерия Streptococcus sanguinis, обычный обитатель ротовой полости. Выращивать её в лаборатории легко, так что возможно, что в скором времени появятся работы с описанием структуры и молекулярной жизни «обелисков» (пока что их, напомним ещё раз, выудили из моря генетической информации с помощью биоинформатических алгоритмов). Возможно, они представляют собой некое переходное звено между вирусами и вироидами, возможно, это боковая ветвь, давно забывшая родство с теми и с другими. Возможно, для бактерий они просто ещё один внутриклеточный паразит, а может быть, наоборот, они помогают бактериям жить и управлять собственными генами. Всё это, как можно догадаться, станет ясно только после экспериментов с новыми странными РНК. Статья об «обелисках» опубликована на портале bioRxiv, откуда она должна отправиться в рецензируемый журнал.