Snovačka jedovatá. Kredit: Shenrich91 / Wikimedia Commons

Nenápadný virus a přitom obsahuje toxin snovačky jedovaté. Koho by to napadlo? Rozhodně to původně nenapadlo ani biology Vanderbiltovy univerzity, které šokovalo, když z genomu fága, tedy viru napadajícího bakterie vytáhli sekvenci velmi blízkou toxinu z jedu snovačky. Sarah a Seth Bordensteinovi přečetli genom fágu WO, který infikuje wolbachie, populární bakterie, které zase infikují veliké množství jedinců i druhů hmyzu, i jiných členovců a některých hlístic, a jsou zřejmě nejběžnějšími parazitickými mikroby světa. Když v tomto genomu objevili toxin snovačky, tak je to samozřejmě zasáhlo jako blesk. Je to totiž nejspíš úplně poprvé, co někdo objevil fága s živočišnou DNA. Nepochybně jde o důsledek horizontálního přenosu genů mezi pavoukem, bakterií a virem. Matka příroda si opět zahrála na genetického inženýra a je z toho pěkný článek v Nature Communications.

Seth Bordenstein. Kredit: Vanderbilt University.

U fágů je běžné, že mají k dispozici specializované geny, s nimiž prorážejí obranu bakteriálních buněk. Jenže fág WO je v tomhle vážně výjimečný. Má v genu funkční gen pro toxin snovačky a Bordensteinovi zjistili, že se podle tohoto genu také vyrábí příslušný toxický produkt. Zatím ale prý není jasné, jestli má tento toxin pro fága nějaký konkrétní užitek. Jde o jednu z domén latrotoxinu. Latrotoxiny jsou velké molekuly, které fungují jako neurotoxiny a představují hlavní účinnou složkou jedu snovaček.

Sarah Bordenstein. Kredit: Vanderbilt University.

Postupně vyšlo najevo, že fág WO je vlastně horlivý sběratel. Má ve své virové DNA celou řadu segmentů, které původně pocházejí z živočišných genomů. Fág WO například vlastní sekvenci, která pochází z eukaryotní buňky a původně se podílí na vyhledávání patogenů, a také na programované buněčné smrti. Fág má rovněž i sekvence genů, které buňky využívají, aby se vyhnuly imunitnímu systému. Všechny tyto sekvence jsou podle Bordensteinových typické pro viry eukaryot, nikoliv pro fágy. 

Proč je fág WO tak výstřední? Podle badatelů je to nejspíš tím, že samotné wolbachie, tedy hostitelé fágů WO jsou dost výjimečné. Když wolbachie infikují hostitelského členovce, tak se rafinovaně obklopí membránou původem od hostitele. Pokud se fágy WO chtějí dostat do dalších wolbachií, tak musejí tyto eukaryotní vrstvy prorážet – jak směrem dovnitř, tak i směrem ven, když opouštějí zničenou buňku wolbachie. Bordensteinovi se domnívají, že by toxin snovačky mohl virovým částicím sloužit jako zbraň na prorážení eukaryotní buněčné membrány.

Buňka wolbachie naplněná fágy. Na fágy v detailu ukazují i šipky. Kredit: Bordenstein Lab / Vanderbilt University.

Toxin snovačky a další živočišné sekvence nebyly jedinou zajímavou věcí, kterou badatelé našli v genomu fága WO. Bordensteinovým se rovněž povedlo vytáhnout sekvence, které fág využívá, když se chce propašovat do genomu wolbachie. Tohle je totiž velice zajímavý nástroj pro genetické inženýry, kteří pracují s wolbachiemi. Vzhledem k tomu, že napadají všelijaký hmyz, jsou wolbachie v řadě případů našimi spojenci. Byly už například úspěšně testovány jako biologická zbraň proti komárům přenášejícím lidské infekce – v Austrálii, Brazílii, Kolumbii, Indonésii a ve Vietnamu.

Wolbachie jsou proti hmyzu vcelku účinné a vědci se snaží jejich účinek ještě zvýšit. Genetičtí inženýři by do nich například mohli vložit sekvence, které by wolbachiím usnadnily infikování komárů nebo i jiných nepříjemných hmyzů. Seth Bordenstein se pustili do výzkumu fágu WO před 15 lety, kdy ho zajímalo, jak může nějaký fág fungovat v patogenní bakterii s velice malým genomem. Kolegové se prý tehdy ptali, k čemu mu bude výzkum něčeho tak obskurního. Dneska se dotazují biotechnologické společnosti, jestli by bylo možné spolupracovat a za jakých podmínek. Taková je věda.

Video:  Seth Bordenstein, Vanderbilt University, on Phylosymbiosis

Seth Bordenstein: Phage Wormholes To Dwell in the Bacterial and Eukaryotic Worlds

Literatura
Vanderbilt University 11. 10- 2016, Nature Communications 7: 13155, Wikipedia (Latrotoxin).