In einer Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, haben Wissenschaftler die Interaktionen innerhalb dieses komplexen quadripartiten Systems entschlüsselt, indem sie die Expression ihrer jeweiligen Gene analysierten.
Virophagen, Viren von Viren...
Viren werden oft als die ultimativen Parasiten angesehen. Doch einige Riesenviren, die einzellige Eukaryoten infizieren, können selbst von kleineren Viren, den Virophagen, parasitiert werden.
Letztere nutzen die virale Fabrik, ein vorübergehendes Organell, das vom Riesenvirus im Zytoplasma der infizierten Zelle gebildet wird, um ihre eigene Replikation sicherzustellen.
Dieses Phänomen stellt einen Fall des Hyperparasitismus dar, bei dem ein Parasit selbst parasitiert wird. Darüber hinaus transportieren einige Riesenviren und Virophagen DNA-Moleküle in Form von Episomen, die als Transpoviren bezeichnet werden, in ihren Partikeln. Dieses System bildet somit ein Netzwerk komplexer Interaktionen, das eine Wirtszelle, ein Riesenvirus, einen Virophagen und ein Transpoviron umfasst.
Kontrollierte Infektionsexperimente, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen
Wie wird die Genexpression jedes Partners während der Infektion reguliert, und wie wird diese Regulation durch das Vorhandensein der anderen Partner verändert? Um diese Fragen zu beantworten, führten die Wissenschaftler eine Reihe von Infektionsexperimenten durch, bei denen sie die verschiedenen Akteure nacheinander einführten.
Zunächst untersuchten sie die Infektion des Amöbenwirtes Acanthamoeba castellanii durch das Riesenvirus megavirus chilensis. Anschließend führten sie Koinfektionen mit dem Virophagen zamilon vitis, dem Transpoviron mvtv und letztlich mit beiden gleichzeitig durch. Das Transkriptom, also die Gesamtheit der Boten-RNA (mRNA) jedes Partners, wurde durch Sequenzierung analysiert, um die Entwicklung der Genexpression während des Infektionszyklus zu verfolgen.
Ein faszinierendes Theater verschachtelter Parasiten
Diese Analysen, die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurden, zeigten, dass die Infektion durch das Riesenvirus eine tiefgreifende Veränderung des Transkriptoms der Wirtszelle induziert und fast die Hälfte ihrer Gene beeinflusst. Während die Mehrheit dieser Gene reprimiert wird, werden einige aktiviert, was es dem Virus ermöglicht, den Zellstoffwechsel so umzugestalten, dass seine eigene Replikation gefördert wird.
Die Koinfektion durch den Virophagen verändert signifikant die Expression von mehr als einem Viertel der Gene des Riesenvirus, wobei die meisten davon reprimiert werden. Dies deutet darauf hin, dass die beiden Viren um die Transkriptionsmaschinerie konkurrieren. Dieser Effekt ist jedoch vorübergehend und hat keinen signifikanten Einfluss auf die letztendliche Produktion von Riesenviruspartikeln.
Elektronenmikroskopisches Bild einer [i]Acanthamoeba castellanii-Zelle, die gleichzeitig mit dem Riesenvirus megavirus chilensis und dem Virophagen zamilon vitis infiziert ist.
In der Mitte des Bildes ist in dunkelgrauer Farbe die virale Fabrik zu sehen, eine Struktur im Zytoplasma der Zelle, in der die virale Replikation und die Produktion neuer Partikel von Riesenviren (schwarze Pfeile) und Virophagen (weiße Pfeile) stattfinden.
© Lionel Bertaux, Sandra Jeudy und Matthieu Legendre[/i]
Diese Studie zeigt auch, dass die Anwesenheit des Virophagen die Überexpression von Transkriptionsfaktoren induziert, die im Genom des Riesenvirus kodiert sind. Hier kommt der letzte Partner, das Transpoviron, ins Spiel. Es würde diese Veränderungen ausnutzen, um seine eigenen Gene zu überexprimieren.
Dieses quadripartite System illustriert die Komplexität der Interaktionen zwischen Viren, Wirten und mobilen genetischen Elementen. Die Amöbe, der Wirt dieser Viren, ist selbst ein opportunistischer Krankheitserreger, sodass wir es hier mit einem faszinierenden Theater verschachtelter Parasiten zu tun haben.
Referenzen:
Complex transcriptional regulations of a hyperparasitic quadripartite system in giant viruses infecting protists.
Bessenay A, Bisio H, Belmudes L, Couté Y, Bertaux L, Claverie JM, Abergel C, Jeudy S, Legendre M.
Nature Communications. 9. Oktober 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-52906-1.