Mimiviridae и Marseilleviridae – новые семейства, пополнившие ряды ядерно-цитоплазматических крупных ДНК-содержащих вирусов, которые, вероятно, произошли от одного общего предка. Это положение подтверждается филогенетической реконструкцией гипотетического общего предкового вируса, в ходе которой были выделены и идентифицированы около сорока ядерных генов (Yutin et al., 2009). Эти гены по большей части расположены в некоторых ядерно-цитоплазматических крупных ДНК-содержащих вирусах и обеспечивают фундаментальные функции, лежащие в основе способа существования невероятно разнообразного царства вирусов. Размеры их геномов варьируют в широчайших пределах – от 0,2 до 1,25 миллиона пар оснований; при этом молекулы ДНК могут быть линейными или кольцевыми, а реплицироваться вирусы могут как в цитоплазме, так и в ядре клетки. Хозяевами могут быть самые разные организмы – от людей и птиц до насекомых, червей, водорослей, зоопланктона и других фагоцитирующих простейших. Тем не менее все эти вирусы должны реплицировать свою ДНК и окружать капсидами свои геномы, и они делают это с помощью одного и того же набора инструментов, закодированных набором ядерных генов; во всей группе ядерно-цитоплазматических крупных ДНК-содержащих вирусов только пять генов обнаруживаются у всех представителей этого класса вирусов. В этом отношении у них много общего с вирусами герпеса, у которых тоже есть основополагающий набор ядерных генов. Ядерные гены вирусов герпеса дополняются вспомогательными генами, которые сообщают функциям вируса многие дополнительные свойства, обеспечивающие взаимную адаптацию вирусов и хозяев. Эта особенность характерна и для поксвирусов, которые сами являются ядерно-цитоплазматическими крупными ДНК-содержащими вирусами, обладающими разнообразными генами, влияющими на проникновение вирусов в организмы разных хозяев и обеспечивающими взаимодействие вирусов с ними. Размер генома крупнейшего мимивируса приблизительно в десять раз превосходит геном мельчайшего поксвируса, который кодирует всего 130 генов. Таким образом, гигантские вирусы могут позволить себе роскошь в высшей степени гибкого генома с огромным адаптивным потенциалом.

Первые ультраструктурные исследования инфицированных мимивирусом клеток, выполненные Раулем и его коллегами, привели к заключению о том, что репликация и сборка вируса происходят в ядре, как у вирусов герпеса (La Scala et al., 2003). Однако более детальное исследование выявило, что ядро оттесняется к периферии клетки и замещается новыми структурами. Вирус строит крупные «вирионные фабрики», и сборка вирусных частиц осуществляется в цитоплазме клетки (Suzan-Monti et al., 2007; Novoa et al., 2005). Эти временные структуры, построенные вирусом в клетке, создают рабочее пространство, куда инфицированная клетка поставляет необходимые ресурсы для экспрессии вирусных генов, репликации генома и морфогенеза вириона. Таких структур ученые в клетках до тех пор не видели. Эти структуры имели мало общего с вирусными фабриками, описанными при исследовании поведения других ядерно-цитоплазматических крупных ДНК-содержащих вирусов. Под электронным микроскопом мимивирусная фабрика напоминала связанную с клеточной мембраной органеллу и даже, пожалуй, бактерию. Некоторые ученые уподобили эту структуру воссозданию временно возникающего живого микроорганизма внутри инфицированной клетки. Семя сомнения было посеяно, и научное сообщество раскололось. В какое место эволюционной схемы надо помещать такие вирусы? Не являются ли они реликтами четвертого царства жизни? Дело не только в том, что геном мимивируса содержит генетический материал, который отсутствует у эукариот, бактерий и простейших; геном мимивируса кодирует белки, обладающие теми функциями, которые обеспечиваются при заражении другими вирусами генетического аппарата инфицированной клетки. Сложность генома мимивируса можно сравнить со сложностью генома многих живых клеток; похоже, что этот гигантский вирус существует в виде псевдо-микроорганизма, во всяком случае, в период цикла репликации внутри клетки-хозяина.

Было обнаружено, что вирусные фабрики инфицированных мимивирусом клеток поддерживают репликацию вирусного паразита, называемого спутником (Scola et al., 2008). Исследователи, занятые в этой сфере вирусологии, очень скоро обнаружили, что спутник инфицирует исключительно пораженные мимивирусом клетки и его репликация и сборка происходят только на расположенных в цитоплазме мимивирусных фабриках. Это свойство отличает спутника от сателлитных вирусов, которые образуют капсид для перехода в следующую клетку с помощью хелперного вируса. У спутника есть свой собственный капсид и аппарат морфогенеза, а патогенным он является для самого мимивируса, так как снижает эффективность его репликации и ослабляет цитопатическое воздействие на клетку. Этот класс вирусов был назван вирофагами, пожирателями вирусов. Некоторые ученые возражают, что использование термина «вирофаги», намекающего на сходство этих вирусов с бактериофагами, поражающими бактерии, вводит в заблуждение (Krupovic, Cvirkaite-Krupovic, 2011). Сторонники термина, однако, считают, что он подчеркивает свойства хозяина, которые проявляют невероятно сложные, напоминающие микроорганизмы мимивирусы. Противники же говорят, что лучше называть спутник сателлитным вирусом, ведь гигантские вирусы не являются автономно реплицирующимися организмами-хозяевами и, несмотря на всю свою сложность, вынуждены опираться на клетку-хозяина, чтобы привести в действие свои механизмы, так же как все остальные вирусы. Для своих вирофагов они выступают в роли все тех же хелперных вирусов.

В течение пяти лет было идентифицировано довольно много новых вирофагов, например, мавирус, инфицирующий клетки акантамебы, сам инфицируется вирусом Cafeteria roebergensis. Органический озерный вирофаг был «опознан» по гомологичным последовательностям в метагеномной ДНК, обнаруженной в одном соленом озере в Антарктиде; считают, что он паразитирует на ядерно-цитоплазматических крупных ДНК-содержащих вирусах, инфицирующих зеленые водоросли. Все эти паразиты являются вирусами, содержащими двухцепочечную ДНК, составляющую геном, кодирующий около двадцати генов, и, как и их хозяева, имеют несколько общих генов, в частности генов, кодирующих белки, участвующие в морфогенезе капсида, что позволяет говорить об их монофилетическом происхождении (Krupovic, Raoult, Koonin, 2013). Сходство нуклеотидных последовательностей было отмечено между генами вирофагов и последовательностями класса мобильных генетических элементов, названных мавериками или полинтонами (Yutin, Raoult, Koonin, 2013). Их находят в эукариотических клетках множества беспозвоночных и простейших, что позволяет предполагать их очень древнее происхождение. Четвертый вирофаг, спутник-2, был выделен из жидкости, в которой находились контактные линзы больного, страдающего амебным кератитом. Сама амеба оказалась инфицированной неизвестным гигантским вирусом, названным вирусом Lentille. К удивлению ученых, выяснилось, что очищенные вирусные частицы лентилле переносили спутник-2 в инфицированные амебные клетки. ДНК вирофага была внедрена в геном гигантского вируса; можно сказать, что это был «про-вирофаг». По аналогии с фагами прокариот и ретровирусами эукариот, вирофаги способны к ассоциации с геномами своих хозяев, что позволяет вирофагам вертикально передаваться в дочерние вирусные частицы, а также в клетки, пораженные этими вирусами (Desnue et al., 2012).

В действие вступил также и третий игрок. Анализ нуклеотидных последовательностей вируса лентилле показал, что в их составе присутствует новый генетический элемент, представленный в виде кольцевых копий в вирусных частицах, но также и в виде элементов, включенных либо в сам вирусный геном, либо в последовательность нуклеотидов вирофага. Этот элемент был назван трансповироном, мобильным генетическим элементом длиной 7–8 тысяч пар оснований, включенным в экосистемы гигантского вируса и его вирофага. Подобно вирофагам, трансповироны во многих отношениях напоминают маверики (полинтоны), но в большинстве случаев они вкраплены в геном вируса в виде мозаики генетических элементов, заимствованных из разных, не родственных друг другу источников (Desnues et al., 2012). Подобно геномам высших эукариотических клеток с их достоверным набором перемещаемых в обе стороны элементов или геномам бактериальных клеток с их популяциями транспозонов и профагов, гигантские вирусы располагают своими собственными мобиломами. Могут ли эти мобильные генетические элементы быть частью разнообразных дополнительных генов гигантских вирусов, поддерживающей их предрасположенность к приобретению новой генетической информации путем горизонтального переноса генов?