Гигантские вирусы () — группа очень крупных вирусов, которые можно рассмотреть под световым микроскопом; по размерам не уступают бактериям, из-за этого сначала были отнесены к грамположительным бактериям. Их геномы чрезвычайно велики и часто содержат гены, кодирующие компоненты синтеза белка, что никогда не наблюдается у остальных вирусов; кроме того, некоторые гены, выявленные у представителей этой группы вирусов, неизвестны ни для каких иных организмов. Большинство гигантских вирусов имеют белковый капсид, характерный для остальных вирусов, однако некоторые гигантские вирусы окружены особым тегументом (белковой оболочкой). Как правило, гигантские вирусы поражают протистов. На некоторых гигантских вирусах паразитируют вирофаги.
По данным ICTV на 2018 год, признаны два семейства гигантских вирусов — Mimiviridae и Marseilleviridae.
Иногда по отношению к гигантским вирусам используют термин «гирусы».
История изучения История изучения гигантских вирусов началась в 1992 году в Англии. Изучая причины возникновения вспышки пневмонии, учёные исследовали образцы воды, взятые из воздухоохлаждающей системы. Образцы некоторое время инкубировали вместе с культурой амёб Acanthamoeba polyphaga, чтобы выявить патогенные микроорганизмы, похожие на бактерий рода Legionella, которые обитают внутри амёб. Исследователи смогли обнаружить неизвестный патоген, который был видим в световой микроскоп и красился по Граму положительно, в связи с чем и был отнесен к бактериям. Однако новооткрытую бактерию никак не удавалось вырастить в чистой культуре без амёб. В течение более чем десяти лет попытки классифицировать новую бактерию не давали результатов. Стандартный способ определения новых видов бактерий и архей основан на размножении с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) участка генома, кодирующего 16S рРНК, и его последующем секвенировании. Однако получить этот участок генома неизвестной бактерии никак не удавалось, несмотря на использование разнообразных протоколов ПЦР. В 2003 году неизвестный микроорганизм изучила с помощью электронной микроскопии французская исследовательская группа Дидье Рауля. Оказалось, что это не бактерия, а очень крупный вирус с икосаэдрическим капсидом. За свое сходство с микроорганизмами новый вирус получил название «мимивирус» (от — «похожий на микроорганизмы»). С самого открытия вирусов в конце XIX века было принято считать, что вирусы невозможно рассмотреть с помощью светового микроскопа, поэтому открытие мимивируса противоречило устоявшимся догмам вирусологии. Генов 16S рРНК у мимивируса не было просто потому, что у вирусов не бывает рибосом.
После открытия мимивируса множество исследовательских групп начали инкубировать культуры амёб с различными образцами из окружающей среды, и по прошествии некоторого времени во многих случаях в культуре обнаруживали очень крупные вирусы. Появилось множество усовершенствований первоначального протокола, делающих его всё более и более эффективным. Впоследствии учёные стали выращивать вирусы не только в культурах амёб, но и в культурах других протистов. Одних видов мимивирусов на данный момент известно около сотни. Гигантские вирусы были обнаружены даже в образце сибирской вечной мерзлоты. В последние годы несколько гигантских вирусов удалось обнаружить с помощью метагеномики. В 2008 году был открыт первый вирофаг (Спутник) — вирус, который может размножаться в клетках только в присутствии вируса-хозяина (как правило, гигантского вируса) и мешает его успешному размножению. На данный момент известно более десяти видов вирофагов.
Общая характеристика Под гигантскими вирусами обычно понимают вирусы с геномом длиннее 200 тысяч пар оснований (п. о.) и вирионами больше в диаметре. Кроме того, гигантским вирусам присущ ряд общих генетических и структурных особенностей. Во-первых, их геномы всегда представлены двухцепочечной ДНК и содержат значительную долю генов-сирот — от 31 % у Cedratvirus до 84 % у . Генами-сиротами называют гены, которые больше не обнаруживаются ни у каких живых организмов (в англоязычных источниках их называют ORFans из-за игры слов: ORF (open reading frame) — открытая рамка считывания, а слово ORFan звучит как orphan — «сирота»). Во-вторых, в их геномах имеются интроны и (участки белковых молекул, которые могут сами вырезаться и сращивать концы разрыва), а также мобильные генетические элементы ( у мимивирусов и MITEs у Pandoravirus salinus).
Самым главным отличием гигантских вирусов от остальных вирусов является то, что в их геномах закодированы молекулы, принимающие участие в трансляции: аминоацил-тРНК-синтетазы, факторы трансляции и тРНК. Таких генов нет только у Pithovirus sibericum. Представители родов Marseillevirus, Pithovirus, Faustovirus, Kauamoebovirus и Cedratvirus не имеют генов, кодирующих тРНК. Гигантских вирусов сближают и некоторые особенности структуры. Например, вирионы мимивируса и Marseillevirus снабжены особыми фибриллами. Для выхода генетического материала в цитоплазму амёбы у гигантских вирусов имеются поры, находящиеся в вершинах капсидов или тегументов. У тех гигантских вирусов, вирионы которых покрыты настоящим капсидом, в его мажорном белке имеется особый мотив, известный как двойной jelly-roll fold. Он имеется только у белков капсидов вирусов с двухцепочечным геномом и нигде более в живом мире. Такие белки формируют олигомеры по типу черепицы, в конечном итоге собираясь в замкнутую белковую оболочку. У Faustovirus с двуслойным капсидом мотив jelly-roll обнаруживается только у белков верхнего слоя.
Таксономическое положение гигантских вирусов ещё не до конца определено, и многие недавно описанные виды, роды и даже семейства гигантских вирусов ещё не получили официального признания Международным комитетом по таксономии вирусов (, ICTV). Пока ICTV признал два семейства гигантских вирусов: и . В 2012 году было предложено объединить гигантских вирусов и NCLDV в новый порядок — Megavirales. В порядок Megavirales хотят включить Mimiviridae, Marseilleviridae, , Iridoviridae, , асфаровирусы и поксвирусы.
Разнообразие
Mimiviridae
Вирион мимивируса, первого открытого представителя семейства Mimiviridae, состоит из икосаэдрического капсида размером и покрывающих его фибрилл длиной . Эти фибриллы имеют уникальное для вирусов строение и позволяют вириону прикрепляться к клеткам бактерий, членистоногих и грибов. Спустя год после описания мимивируса его геном был секвенирован. Оказалось, что геном мимивируса представлен кольцевой двухцепочечной ДНК длиной 1,2 миллиона п. о., в которой, предположительно, находятся 979 генов. Некоторые из них, такие как гены белков трансляции (аминоацил-тРНК-синтетаз и факторов трансляции), раньше никогда не находили в вирусных геномах. В целом гены мимивируса можно разделить на четыре группы: ко́ровые гены; гены, приобретённые с помощью горизонтального переноса; дуплицированные гены (паралоги); гены-сироты.
К коровым генам относят гены, имеющиеся также у так называемых ядерно-цитоплазматических крупных ДНК-содержащих вирусов (NCLDCV) — вирусов, которые до открытия мимивируса считались самыми большими. В геноме мимивируса обнаруживаются последовательности, позаимствованные у бактерий, эукариот, архей и других вирусов. Однако абсолютное большинство генов мимивируса — сироты, для которых во всех базах данных нет гомологов. В вирионе мимивируса, кроме геномной ДНК, содержится некоторое количество мРНК.
Сейчас мимивирус и близкие к нему вирусы выделяют в семейство Mimiviridae, подразделяющееся на три линии: А, В и С. К линии А относятся такие вирусы, как мимивирус и Mamavirus амёбы Acantamoeba polyphaga, к линии В относится Mumuvirus Acantamoeba polyphaga, а представителем линии С может служить Megavirus chiliensis. Некоторых представителей Mimiviridae не удалось отнести ни к одной из перечисленных линий, как, например, (CroV), поражающий протиста .
Marseilleviridae
Через шесть лет после открытия мимивируса был описан ещё один гигантский вирус, поражающий амёб. Как и мимивирус, его обнаружили в воде из воздухоохлаждающего сооружения, но на этот раз в Париже. Новый вирус получил название Marseillevirus. Его вирион мельче вириона мимивируса и имеет икосаэдрический капсид размером . Геном Marseillevirus представлен кольцевой двухцепочечной ДНК, в которой находятся , значительно отличающихся от генов мимивируса. Среди них есть два гена, кодирующие гистоноподобные белки. Однако среди генов Marseillevirus можно выделить всё те же четыре основные группы — коровые гены, гены-паралоги, горизонтально приобретённые гены и гены-сироты. Как и у мимивируса, в геноме Marseillevirus есть гены, полученные от эукариот (в том числе амёбы-хозяина), бактерий, архей и вирусов, в том числе и гигантских. Предполагается, что такая высокая степень мозаицизма генома обусловлена интенсивным обменом генами с другими организмами, обитающими в цитоплазме амёбы-хозяина.
В 2011—2014 годах в образцах воды из разных частей света были обнаружены четыре вируса, родственных Marseillevirus. Кроме того, один родственный вирус нашли в Тунисе в насекомом, а ещё один родственник Marseillevirus — в кале здорового человека в Сенегале, что стало первым прецедентом обнаружения гигантских вирусов в образцах человеческого происхождения. Marseillevirus и родственные ему вирусы выделяют в семейство Marseilleviridae.
Pandoravirus
В 2013 году были описаны два новых гигантских вируса, получивших названия Pandoravirus salinus и . Эти организмы были известны давно, но, как в случае с мимивирусом, их вирусная природа была установлена далеко не сразу. В заблуждение, как и в случае с мимивирусом, ввёл необычный размер: их вирионы достигают около в длину и в диаметре. Размер их генома составляет 1,9 и 2,5 миллиона п.о. соответственно, что на данный момент является абсолютным рекордом среди вирусов. Подавляющее большинство генов Pandoravirus (84 % для P. salinus) являются генами-сиротами. У Pandoravirus имеются свои уникальные транспозоны, известные как (от — «миниатюрные мобильные элементы с инвертированными повторами»).
До 2017 года считалось, что для вирусов рода Pandoravirus характерно полное отсутствие в их геноме генов, гомологичных каким-либо генам, кодирующим белки капсида. По этой причине у них нет капсида и какой-либо структуры, хотя бы отдалённо на него похожей. Их вирионы окружены особым чехлом (тегументом) толщиной около , и на его верхушке имеется пора, через которую содержимое вириона попадает в цитоплазму амёбы. В 2017 году у Pandoravirus был идентифицирован ген, который может кодировать белок капсида. Кроме того, другие вирусные черты в полной мере присущи Pandoravirus: как и все вирусы, они размножаются в клетках и покидают их в виде вирионов, а в их геномах отсутствуют гены, кодирующие компоненты рибосом и белки, связанные с клеточным делением.
В 2015 году был описан третий вид рода Pandoravirus — Pandoravirus inopinatum. Его геном содержит 2,24 миллиона п. о. и на 85 и 89 % совпадает с геномами P. salinus и P. dulcis соответственно. В 2018 году сообщалось об открытии ещё трёх видов рода — Pandoravirus quercus, Pandoravirus neocaledonia, Pandoravirus macleodensis. Предложено также выделить род Pandoravirus в собственное семейство Pandoraviridae.
Pithovirus