Мимивирус () — род вирусов, включающий в себя единственный вид Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV), хозяевами которого являются амёбы рода Acanthamoeba.
До октября 2011 года, когда был описан ещё более крупный Megavirus chilensis, считалось, что мимивирус обладает самым крупным капсидом среди всех известных вирусов — около 500 нм в диаметре. В отличие от большинства других вирусов, мимивирус не проходит через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и виден в световой микроскоп, по размерам он близок к небольшим бактериям, таким как микоплазма. Кроме того, по сравнению с другими вирусами и даже некоторыми бактериями, мимивирус обладает более объёмным (около 1,2 миллионов пар нуклеотидов) и сложноструктурированным геномом.
В свете нехватки точных данных о природе данного вируса его открытие вызвало большой интерес в научных кругах. Один из первооткрывателей мимивируса высказал предположение, что он представляет собой недостающее звено между вирусами и клеточными организмами. Имеется и более радикальное мнение, согласно которому мимивирус представляет собой принципиально новую форму жизни, не относящуюся к вирусам или бактериямHighfield, Roger, «The Bradford bug that may be a new life form, » Daily Telegraph, 15 October 2004..
Этимология названия Название «мимивирус» было дано этому вирусу как сокращение от «мимикрирующий под микроб» (). Это связано с тем, что некоторое время этот вирус считали микроорганизмом, а не вирусом, на основании таких признаков, как крупный размер, наличие белковых нитей, похожих на жгутики, и способность окрашиваться по методу Грама.
Открытие APMV был впервые обнаружен в 1992 году в амёбе Acanthamoeba polyphaga, в честь которой он и был назван, в ходе поисков возбудителей легионеллёза. Вирус был обнаружен в препарате, окрашенном по методу Грама, и вследствие этого ошибочно принят за грамположительную бактерию. Организм был назван Bradfordcoccus в честь района, в котором была найдена амёба (Брадфорд, Англия). После неудачных попыток культивирования и ПЦР-типирования этого организма с помощью универсальных праймеров, узнающих гены бактериальной 16S рРНК, образец пролежал в холодильнике 10 лет. Позднее он был передан во Францию, где были проведены дополнительные исследования, позволившие заключить, что Bradfordcoccus на самом деле является гигантским вирусом. Результаты работы были опубликованы в 2003 году в журнале «Science».
Классификация Род мимивирус принадлежит к семейству Mimiviridae. Это семейство относят к внесистематической группе крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов (), к которой также относятся поксвирусы, иридовирусы, , и . Все эти вирусы отличаются крупными размерами, схожими молекулярными характеристиками и сложными геномами. Ряд белков мимивируса, принимающих участие в репликации генома, оказались гомологичными белкам других крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов, что говорит об их общем происхождении. Однако большое количество мимивирусных белков не обнаруживают сходства ни с одним известным в настоящее время белком. Кроме того, геном мимивируса кодирует значительное количество белков, напоминающих эукариотические и бактериальные. По-видимому, эти гены были приобретены мимивирусом вторично и происходят из геномов хозяев вируса и их паразитов.
Семейство Mimiviridae до сих пор не было отнесено Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV) к какому-либо отряду. В 2012 году было высказано предложение сгруппировать это и несколько других семейств крупных вирусов в новый отряд Megavirales.
В научной литературе в последние годы можно встретить альтернативный термин, обозначающий группу гигантских вирусов — .
Согласно классификации вирусов по Балтимору мимивирус относится к группе I (вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие обратной транскриптазы). В эту группу входят такие семейства вирусов, как иридовирусы, поксвирусы и другие.
Структура
Капсид и внешние оболочки
Мимивирус имеет примерно икосаэдрический капсид диаметром 400—500 нм. Капсид покрыт многочисленными белковыми нитями длиной 80—120 нм. В научной литературе приводятся размеры вириона от 400 до 800 нм, в зависимости от того, замеряется ли диаметр капсида или общая длина вируса вдоль продольной оси, включая белковые нити. Основной белок капсида мимивируса является продуктом гена L425 и состоит из двух доменов с укладкой типа jelly-roll («рулет»). Этот белок формирует гомотримерные капсомеры — единицы организации капсида. Капсомеры упакованы гексагонально в виде «ромашек»: шесть капсомеров окружают одно углубление между ними. Также в составе капсида обнаруживается структурный белок сердцевины L410.
На одной из вершин капсида обнаружена звёздчатая структура, лучи которой разделяют пять треугольных граней, сходящихся в этой вершине. Лучи имеют ширину около 50 нм, толщину — 40 нм и длину — 200 нм, почти доходя до соседних вершин. Присутствие этой структуры изменяет взаимное расположение граней вириона, в результате чего его форма отклоняется от идеально икосаэдрической: через вирион можно провести только одну ось пятилучевой симметрии, которая проходит через вершину, отмеченную звёздчатой структурой. Так как на поверхности звёздчатой структуры не наблюдается гексагонально упорядоченных углублений, предполагают, что она состоит из белка, который отличается от основного белка капсида. Данная структура играет особую роль при заражении клетки-хозяина: при инфицировании звёздчатая «застёжка» открывается, и через это место ДНК вируса выходит из капсида. По этой причине звёздчатую структуру ещё называют «звёздными вратами».
У мимивируса не наблюдается внешней оболочки, что указывает на то, что он покидает заражённую клетку не путём экзоцитоза.
Капсид мимивируса покрыт снаружи густым слоем длинных белковых нитей. Исследование этих нитей с помощью атомно-силового микроскопа показало, что они часто бывают присоединены к общей несущей структуре и заканчиваются небольшой глобулой. Однако до сих пор неизвестно, к каким участкам поверхности капсида они прикрепляются. Белковые нити устойчивы к воздействию протеаз до тех пор, пока их не обработать лизоцимом, это указывает на то, что эти нити покрыты пептидогликаном. Это хорошо согласуется с тем, что мимивирус окрашивается по методу Грама. Существует мнение, что сильно гликозилированная поверхность нитей может играть роль в привлечении амёб-хозяев.
Нуклеокапсид Мимивирус обладает многими особенностями строения, характерными для других крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов. Например, сразу под капсидом у мимивируса находятся два электронноплотных слоя, которые предположительно являются мембранами. Под этими мембранами находится белковая оболочка толщиной около 7 нм, внутри которой заключена линейная двухцепочечная ДНК вируса. Все описанные компоненты образуют так называемый нуклеокапсид. Стенки нуклеокапсида отстают от стенок капсида примерно на 30 нм, в районе звёздчатой структуры поверхность нуклеокапсида вдавлена. Предполагают, что пространство между вершиной звёздчатой структуры и нуклеокапсидом может быть заполнено гидролитическими ферментами, которые нужны для проникновения вируса в клетку. Между капсидом и нуклеокапсидом были обнаружены внутренние белковые нити, которые предположительно обеспечивают стабильное положение второго внутри первого.
Неструктурные белки и РНК Помимо структурных белков капсида, в составе вириона обнаруживают и другие белки, которые классифицируют на несколько функциональных групп: белки, участвующие в транскрипции, 5 субъединиц ДНК-зависимой РНК-полимеразы, 2 хеликазы (R350, L540), кэпирующий фермент, 4 фактора транскрипции (L377, L538, L544, R563), белки окислительных путей (предположительно помогают вирусу преодолеть окислительный стресс, связанный с активацией защитных систем клетки-хозяина) (9), белки, модифицирующие липиды и белки, 2 протеинкиназы, протеинфосфатаза, фосфоэстераза, липаза, белки, участвующие в метаболизме ДНК, топоизомеразы IA и IB, эндонуклеаза, корректирующая повреждения ДНК ультрафиолетовым светом.
Кроме белков и ДНК, из очищенных вирионов были выделены несколько различных мРНК, кодирующих ДНК-полимеразу (R322), главный белок капсида L425, TFII-подобный фактор транскрипции (R339), 3 аминоацил-тРНК-синтетазы (L124, L1164 и R663) и 4 неидентифицированных белка, специфичных для мимивируса. По-видимому, трансляция этих мРНК клеточным аппаратом биосинтеза белка необходима для начала репликации вируса. Другие ДНК-содержащие вирусы, такие как цитомегаловирус (Cytomegalovirus) и вирус простого герпеса (Herpes simplex virus type-1), также содержат мРНК.
Геном
Общая структура Геном мимивируса, состоящий из линейной молекулы двухцепочечной ДНК, был полностью секвенирован в 2004 году. Он содержит пары оснований и является вторым крупнейшим известным геномом среди вирусов, уступая только Megavirus chilensis (по данным на 2012 год). Кроме того, мимивирус обладает бо́льшим объёмом генетической информации, чем как минимум 30 организмов, имеющих клеточное строение.
По сведениям на 2010 год в геноме мимивируса насчитывают 986 открытых рамок считывания, 6 из которых кодируют тРНК. Такое количество белковых продуктов является очень большим для вируса — некоторые вирусы обходятся всего четырьмя минимально необходимыми белками. Детальные исследования генома всё ещё продолжаются: исправляются ошибки секвенирования, обнаруживаются новые рамки считывания.
Несмотря на большой размер генома, он используется довольно эффективно: на долю кодирующей ДНК приходится около 90,5 % всего объёма генома, это близко к тому, что наблюдается у других крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов. Открытые рамки считывания разделены между собой промежутками примерно в 157 пар нуклеотидов. Две цепочки ДНК, названные R () и L (), кодируют примерно одинаковое количество генов (450 и 465 соответственно, по данным на 2010 год). В геноме мимивируса не обнаруживается признаков деградации, характерных для геномов паразитических бактерий, таких как псевдогены и мобильные генетические элементы. Содержание адениновых и тимидиновых нуклеотидов довольно высоко — 72 %, что ведёт к повышенному содержанию в белках аминокислот, кодируемых АТ-богатыми кодонами (например, изолейцина, аспарагина и тирозина). Вблизи концов молекулы ДНК были обнаружены инвертированные повторы длиной 617 пар нуклеотидов. Предполагают, что комплементарное взаимодействие этих участков может приводить к формированию Q-структуры — кольцевой ДНК с двумя небольшими хвостами.
Гены Примерно для половины генов мимивируса не обнаружены гомологи в современных базах данных, и только для 24 % известна предполагаемая функция.
В геноме мимивируса были обнаружены гомологи практически всех ключевых генов, характерных для других крупных ядерно-цитоплазматических вирусов. В то же время данный геном содержит примерно вдвое больше генов, чем геномы родственных вирусов, причём среди этих генов много уникальных. Например, геном мимивируса кодирует несколько белковых компонентов аппарата трансляции: тирозил-, аргинил-, цистеил- и метионил-тРНК-синтетазы, гомологи факторов инициации трансляции eIF4E (L496), eIF4A (R458) и SUI1/eIF1 (R464), фактора элонгации трансляции eEF-1 (R624) и фактора терминации трансляции eRF1 (R726). Помимо генов белков, участвующих в трансляции, обнаружено 6 генов, которые предположительно кодируют тРНК, узнающие кодоны для лейцина, триптофана, гистидина и цистеина. Кроме того, мимивирус кодирует два гомолога РНК-урацил-5-метилтрансферазы (R405, R407) — фермента, метилирующего остаток урацила в тРНК и рРНК.
К другим необычным для вирусов генам относятся гены трёх типов топоизомераз и полного набора ферментов репарации, которые способны исправлять ошибки в ДНК, возникшие в результате действия окислителей, ультрафиолетового облучения и алкилирующих веществ. Также мимивирус кодирует ферменты углеводного, липидного и аминокислотного метаболизма.
Регуляция генома