Чтобы противостоять неблагоприятной среде, вирусы заключают себя в стекло

Вирусы способны покрывать себя кварцевым стеклом в целях защиты от неблагоприятной окружающей среды

(иллюстрация Astrobio.net).

Вирусы способны выжить даже в водах горячих источников. На фото √ Большой Призматический источник в Йеллоустонском парке

(фото David Monniaux).

Тёмные круглые капли на этой микрофотографии √ капсиды бактериофага Т4, которые сохраняют свою характерную форму после того,как покрываются диоксидом кремния. Длинные прямые "хвосты" множества вирусных частиц можно увидеть отходящими от некоторых капсидов

(фото Jim Laidler).

Что делает вирус, оказываясь в негостеприимной среде (например, в горячей воде)? Оказывается, он покрывает себя стеклом, что не только обеспечивает необходимую защиту, но и облегчает переход в более благоприятное место распространения.

Исследование, проведённое группой учёных из Центра жизни в экстремальных условиях при Портлендском государственном университете (Center for Life in Extreme Environments at Portland State University), было направлено на изучение реакции четырёх различных типов вирусов на диоксид кремния – стекловидное вещество, обнаруженное в некоторых горячих источниках. Три из четырёх типов вирусов приняли это покрытие из диоксида кремния и впали в спячку, возобновив свою жизнедеятельность после удаления покрытия.

Финансируемое NASA исследование имеет значение для поисков вирусов на других планетах, в том числе на Марсе − крупнейшей мишени по исследованию инопланетной жизни на протяжении десятилетий.

На настоящий момент на Красной планете не были обнаружены даже микроскопические живые существа, но NASA до сих пор ищет там признаки жизни, в частности, с помощью марсохода Curiosity.

Согласно данным нескольких миссий, некогда поверхность Марса покрывали воды рек и океанов. Фотографии с орбиты показывают, что на планете всё ещё существуют следы береговых линий и вымоин. Роверы и орбитальные аппараты также обнаруживают многочисленные следы сульфатов, входящих в состав минеральных пород, которые способны сформироваться лишь в обогащённой водой среде. В первый год своей миссии Curiosity обнаружил следы древнего русла реки, среди которых были округлые камни).

А вот существование микроорганизмов в гипотетической марсианской воде по-прежнему не имеет никаких доказательств.

Вирусы способны покрывать себя кварцевым стеклом в целях защиты от неблагоприятной окружающей среды (иллюстрация Astrobio.net).

"На самом деле учёные даже не знают, как найти вирусы в земных окаменелостях, – рассказывает исследователь Кеннет Стедман (Kenneth Stedman), профессор биологии в Портлендском университете, который руководил новым исследованием. – Я убеждён, что в окаменелых останках запечатлены вирусы, просто мы не обладаем необходимыми технологиями, которые бы помогли их обнаружить. Нам необходимо развить технологии для обнаружения вирусов сначала на нашей планете, а затем уже думать о поисках микроорганизмов на Марсе".

Лаборатория Стедмана изучает "биомаркеры" вирусов, способные дать подсказки об их происхождении. Вирусы используют для репликации клетки, и необходимо различать их биомаркеры, чтобы понять, какой вирус является частью палеонтологической летописи. Вполне возможно, что покрывшись диоксидом кремния, вирус может стать частью окаменелости.

Для начала исследователи обращают внимание на то, как работает сам механизм покрытия. Предыдущие опыты в лаборатории Стедмана показали, что вирусы покрываются оболочкой в условиях, похожих на горячие источники. Самые последние исследования Стедмана, подробности которых были опубликованы в издании Journal of Virology, рассматривают, что происходит с различными типами вируса, когда они "прячутся" во внешнюю броню.

Для изучения команда выбрала четыре типа вирусов: человеческую противооспенную вакцину, бактериофаг PRD1 (обычно существующий в сальмонелле), бактериофаг T4 (хорошо изученный тип, способный заразить кишечную палочку) и архей вируса SSV-K. Последний присутствует в горячих источниках.

Учёные поместили каждый из этих вирусов в среду, аналогичную термальному источнику: влажную, часто кислую и с температурой, близкой к кипению. Три вируса (кроме бактериофага PRD1) сформировали кремневое покрытие.

"PRD1 просто сбросил диоксид кремния, – комментирует Стедман. – Мы не имеем ни малейшего представления, почему PRD1 устойчив к подобному покрытию, но, возможно, в его структуре есть какая-то особенность".

Вирусы способны выжить даже в водах горячих источников. На фото – Большой Призматический источник в Йеллоустонском парке (фото David Monniaux).

Оболочка делает вирусы менее эффективным при заражении из-за стеклянного барьера вокруг них. Так, вирус кишечной палочки бактериофаг T4 быстро снизил активность, вирус горячих источников замедлил темпы роста, в то время как вирус оспы стал невероятно восприимчивым.

"Не сказать, что это уж очень нас удивило, – комментирует Стедман. – Поверхность осповой вакцины стала похожа на бактериальную, так как приобрела мембрану. Глядя на бактериальную минерализацию, которую можно обнаружить в горячих источниках, можно понять, почему вакцина получила такое хорошее покрытие".

После того, как исследователи поняли принцип действия покрытия из диоксида кремния, они обратились к следующей задаче. Если вирус, покрытый стеклом, каким-либо образом покинет неблагоприятную окружающую среду, сможет ли он "снять" с себя необычную броню и возобновить свою активность? Как оказалось, да – особенно это очевидно для бактериофага Т4.

"Восстанавливается по меньшей мере 90% былой активности. Вы можете покрыть вирус диоксидом кремния, всячески издеваться над ним, а затем "раздеть" его, – рассказывает учёный. – Мы называем это "экспериментом зомби", потому что мы их дезактивировали, а они вернулись".

Более того, заключённые в диоксид кремния вирусы крайне устойчивы к высыханию. Вполне возможно, что подобным образом они могут защитить себя от глубоких заморозков и других агрессивных внешних воздействий. Впрочем, сушка – это единственное изменение среды, которому вирусы подверглись в Портленде на настоящий момент. Причина, почему исследователи подвергли вирусы именно высыханию, проста: после всплеска гейзера, выпуска пара или вулканического взрыва вирусы могут приземлиться в среде, которая гораздо суше, чем предыдущее место обитания.

Тёмные круглые капли на этой микрофотографии – капсиды бактериофага Т4, которые сохраняют свою характерную форму после того, как покрываются диоксидом кремния. Длинные прямые "хвосты" множества вирусных частиц можно увидеть отходящими от некоторых капсидов (фото Jim Laidler).

Однако, как обнаружила команда Стедмана, побывав в условиях, аналогичных верхним слоям земной атмосферы и марсианской поверхности, вирусы возвращаются к жизни, только если они пробыли там меньше месяца. Причины, по которым их жизнедеятельность прекращается при более длительном пребывании, до сих пор не выяснена.

"Один из вопросов, интересующих астробиологов, заключается в том, может ли микроорганизм переправиться верхом на метеорите с одной планеты на другую. Как оказалось, такое невозможно, так как деятельность вируса прекратится", — комментирует Стедман.

Помимо того, что данная работа значима для межпланетных исследований, она также поможет разработать механизмы защиты противовирусных вакцин на Земле. Чувствительные и жизненно важные вакцины часто разрушаются из-за таких простых оплошностей, как перепады температур в холодильнике-хранилище, происходящие из-за непредвиденных сбоев электроснабжения.

Учёные надеются найти способ "одеть" их в подобные кремниевые "доспехи", что облегчит хранение и транспортировку вакцины (особенно в развивающихся странах). Несмотря на то, что такое нововведение потребует ещё множества разработок и исследований, Стедман уже подал заявку на патент.

Также по теме:
Нанокостюм защищает насекомых от космического вакуума  Опасный эксперимент: смертоносный вирус H7N9 усовершенствуют  Устойчивые формы бактерий можно победить чередованием антибиотиков Бактерии становятся всесильными  Мутация вирусов. Эфир программы "Наука 2.0"  Видео: ВИЧ приобрел новую форму