PhD, MD (Biology), Senior Researcher, Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences
д.б.н., ведущий научный сотрудник Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
With computer analysis occurrence of small homologous and complementary fragments (21 nucleotides in length) has been studied in genomes of 14 human viruses causing most dangerous infections. The sample includes viruses with (+) and (–) single stranded RNA and DNA-containing hepatitis A virus. Analysis of occurrence of homologous sequences has shown the existence two extreme situations. On the one hand, the same virus contains homologous sequences to almost all other viruses (for example, Ebola virus, severe acute respiratory syndrome-related coronavirus, and mumps virus), and numerous homologous sequences to the same other virus (especially in severe acute respiratory syndrome-related coronavirus to Dengue virus and in Ebola virus to poliovirus). On the other hand, there are rare occurrence and not numerous homologous sequences in genomes of other viruses (rubella virus, hepatitis A virus, and hepatitis B virus). Similar situation exists for occurrence of complementary sequences. Rubella virus, the genome of which has the high content of guanine and cytosine, has no complementary sequences to almost all other viruses. Most viruses have moderate level of occurrence for homologous and complementary sequences. Autocomplementary sequences are numerous in most viruses and one may suggest that the genome of single stranded RNA viruses has branched secondary structure. In addition to possible role in recombination among strains autocomplementary sequences could be regulators of translation rate of virus proteins and determine its optimal proportion in virion assembly with genome and mRNA folding. Occurrence of small homologous and complementary sequences in RNA- and DNA-containing viruses may be the result of multiple recombinations in the past and the present and determine their adaptation and variability. Recombination may take place in coinfection of human and/or common hosts. Inclusion of homologous and complementary sequences into genome could not only renew viruses but also serve as memory of existence of a competitor for host and means of counteraction against a competitor in coinfection being an analogy of the bacterial CRISPR/Cas system.
С помощью компьютерного анализа исследована распространенность аутокомплементарных, комплементарных и гомологичных последовательностей (КП и ГП) (длиной в 21 нуклеотид) в геномах 14 вирусов, вызывающих наиболее распространенные инфекции у человека. Выборка вирусов включала вирусы с (+) и (–) односпиральной РНК и ДНК-содержащий вирус гепатита В. Выполненный анализ по распространенности ГП свидетельствует о существовании двух ее экстремальных показателей: с одной стороны, имеет место наличие у одного и того же вируса ГП практически ко всем другим вирусам (например, вирусы Эбола, тяжелого острого респираторного синдрома и паротита) и многочисленности у него же ГП к одному и тому же другому вирусу (у вируса тяжелого острого респираторного синдрома особенно к вирусу Денге, вирусу Эбола и полиовирусу), и, с другой стороны, редкая встречаемость и немногочисленность ГП для некоторых вирусов (вирус краснухи, вирус гепатита А и гепатита В). Сходная картина отмечается и в распространенности КП. Вирус краснухи, имеющий резко отличный от других РНК-содержащих вирусов нуклеотидный состав его генома, также отличался по максимальному числу вирусов, к которым он не имеет КП. Большинство же исследованных вирусов по обоим показателям ГП и КП имеют промежуточные величины между экстремальными значениями. АутоКП длиною в ≤ 19 нуклеотидов были многочисленны у всех исследованных вирусов, что предполагает наличие у вирусов с онРНК разветвленной вторичной структуры. Помимо возможной роли в рекомбинации внутритиповых штаммов, аутоКП могли бы через фолдинг геномов и мРНК быть регуляторами скорости трансляции вирусных белков, обеспечивая оптимальное количественное соотношение их для сборки вирионов. Обнаружение распространенности коротких ГП и КП среди РНК- и ДНК-содержащих вирусов можно рассматривать как результат многократной рекомбинации между ними, свершавшейся в прошлом и возможной в настоящем и определяющей их изменчивость и адаптацию. Рекомбинация могла происходить при коинфицировании ими человека или других общих для них хозяев. Включение в геном вирусов ГП и КП не только обновляло их, но и могло бы служить и памятью о существовании конкурента (противника) за овладение хозяином, и средством противодействия конкуренту при коинфицировании, являясь аналогией системы CRISPR/Cas бактерий и архей.