Вирусы помогают микробным хозяевам справляться с жизнью в экстремальных условиях

Новое исследование показывает, что вирусы оказывают удивительно полезную помощь микробам, выживающим вблизи глубоководных гидротермальных источников. Инфицируя местные бактерии и археи, вирусы смешивают и комбинируют гены одноклеточных организмов. Это позволяет микробам получать преимущество от обладания широким спектром генов, расширяя их возможности реагирования на быстро меняющиеся суровые условия гидротермальной среды.

Результаты, опубликованные в PLOS ONE в октябре 2014 года, могут дать представление о развитии жизни на Земле, а также на спутниках планет Солнечной системы, таких как Энцелад Сатурна и Европа Юпитера, где, как предполагается, существует гидротермальная активность в подповерхностных океанах. «Вирусы могут влиять на эволюцию заражаемых ими хозяев неожиданными способами», — отметила ведущий автор исследования Рика Андерсон.

Полезная инфекция в суровых условиях

Гидротермальные источники — это трещины на дне океана, куда проникает вода и перегревается подповерхностной магмой. Это крайне суровые местообитания: отсутствие солнечного света, колоссальное давление, резкие колебания pH и температуры на протяжении сантиметров. Несмотря на это, у гидротермальных источников существуют богатые сообщества жизни, основу которых составляют экстремально устойчивые микробы.

Вместе с бактериями и археями здесь присутствует множество вирусов. Они часто встраивают свою ДНК в геном хозяина и могут «скрываться» там на протяжении нескольких поколений клетки. «До 80% клеток в глубоком море имеют вирус, скрытый в их геномах», — сказала Андерсон. В процессе репликации и перехода к новому хозяину вирусы часто захватывают фрагменты ДНК предыдущей клетки и вставляют их в геном новой.

Вирусы как переносчики полезных генов

Используя глубоководный аппарат «Элвин», исследователи собрали около 200 литров воды вблизи гидротермального источника у побережья Тихоокеанского Северо-Запада. Методом метагеномного анализа ДНК из клеток и вирусов они обнаружили, что вирусы несут аномально большое количество генов, связанных с энергетическим метаболизмом (превращением химических веществ в энергию). Поскольку сами вирусы не метаболизируют, учёные предполагают, что они переносят эти гены, чтобы дать своим хозяевам новый инструмент для выживания, особенно когда определённые источники химической пищи становятся дефицитными.

«Мы выдвигаем гипотезу, что вирусы несут эти гены, чтобы, так сказать, дать своим хозяевам новый инструмент в их генетическом наборе», — пояснила Андерсон. Вирусы, большую часть времени находящиеся в спящем состоянии внутри хозяина, в конечном итоге получают выгоду от продления жизни клетки до начала своей репликативной фазы.

Понимание истоков жизни

Это сложное взаимодействие показывает, как жизнь в целом может адаптироваться к экстремальным условиям гидротермальных источников. Изучение этих механизмов прольёт свет на подобные среды за пределами Земли, например, на Энцеладе и Европе, где, как считается, существуют подлёдные океаны с возможной гидротермальной активностью.

Некоторые исследователи полагают, что гидротермальные источники с их доступной химической и тепловой энергией могли быть колыбелью жизни на Земле. «Мы думаем, что источники, вероятно, были очень важны для происхождения жизни, — сказала Андерсон. — Понимая эволюционную динамику, которая происходит там сейчас, мы можем получить представление о динамике, повлиявшей на происхождение жизни и её ранние стадии эволюции».