Gigantische virussen vertegenwoordigen een unieke groep virussen die qua grootte vergelijkbaar zijn met kleine bacteriën. Medusavirus - een speciaal type gigantisch virus - werd voor het eerst geïsoleerd uit een hete bron in Japan. Genetische studies toonden aan dat medusavirus nauwer verwant was aan eukaryote cellen dan aan andere gigantische virussen, wat suggereert dat het de sleutel kan zijn tot het begrijpen van eukaryote evolutie. Hoewel de details van de morfologie en rijping van het medusavirus in geïnfecteerde cellen tot nu toe ongrijpbaar zijn gebleven, hebben de onderzoekers achter de eerste ontdekking nu enkele antwoorden.

In een recente studie gepubliceerd in Journal of Virology , heeft een team van Japanse wetenschappers onder leiding van prof. Kazuyoshi Murata van de National Institutes of Natural Sciences en prof. Masaharu Takemura van de Tokyo University of Science voor het eerst een uniek rijpingsproces in vier fasen onthuld dat het medusavirus in de gastheer ondergaat cellen.

Prof. Takemura merkt op:"Vanuit een evolutionair perspectief is het medusavirus buitengewoon interessant, omdat het replicatieproces en het genoom ervan verschillen van die van andere virussen. Interessant is dat medusavirus ook een unieke deeltjesstructuur heeft. In deze studie wilden we extra op weg naar het ophelderen van de biologie van dit virus door zijn morfologie en rijpingsproces te karakteriseren."

Om dit te doen, gebruikten de onderzoekers twee technieken die de visualisatie met hoge resolutie van virale infectie mogelijk maken:conventionele transmissie-elektronenmicroscopie (C-TEM) en cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM). Met behulp van deze technieken observeerden ze de gedetailleerde deeltjesmorfologie van medusavirus in geïnfecteerde amoebecellen.

Hun eerste en nogal verrassende ontdekking was de aanwezigheid van vier soorten medusavirusdeeltjes, zowel binnen als buiten de geïnfecteerde gastheercellen. Op basis van hun kenmerken werden deze deeltjes pseudo-DNA-leeg (p-leeg, d.w.z. gevuld met sponsachtig materiaal maar geen DNA), DNA-leeg (leeg, d.w.z. geen sponsachtig materiaal of DNA), semi-DNA-vol genoemd. (s-Vol, d.w.z. half gevuld met DNA) en DNA-vol (Vol, d.w.z. volledig gevuld met DNA) deeltjes.

Vervolgens voerden ze tijdsverloopanalyses uit, waarbij de genexpressie op verschillende tijdstippen tijdens rijping werd gemeten, en ontdekten dat de vier soorten deeltjes vier opeenvolgende stadia van virale rijping vertegenwoordigden. Ze ontdekten dat, in tegenstelling tot andere virussen, de virale capside of schaal van medusavirus onafhankelijk werd geproduceerd in het cytoplasma van de gastheercel, terwijl het virale DNA in de kern werd geproduceerd. Verder kunnen alleen lege capsiden die in de buurt van de gastheerkern aanwezig zijn, viraal DNA opnemen en s-Full of DNA-full deeltjes worden. Deze bevindingen suggereerden dat het medusavirus een uniek rijpingsproces had.

Om de gedetailleerde structuur van de vier soorten medusavirusdeeltjes te observeren, gebruikte het team de cryo-EM-techniek. Ze ontdekten dat alle verschillende deeltjestypes een vergelijkbare buitenstructuur hadden, met de aanwezigheid van drie verschillende pieken. De configuratie van de capsideschaal was ook consistent met de structuur van de membraanlaag in de capside. Hoewel s-Full en Full-deeltjes een volledig intern membraan vertoonden, hadden p-Empty en Empty-deeltjes "open membraanstructuren", wat betekent dat het membraan aan één uiteinde een opening had.

"Virussen zijn slim en kunnen zich op verschillende manieren vermenigvuldigen en rijpen. Onze bevindingen onthullen de unieke manier waarop het medusavirus rijpt. De open membranen die we hebben waargenomen in p-Empty en Lege deeltjes waren bijzonder interessant. We geloven dat de membraanopeningen wijzen op een onvolledigheid en vertegenwoordigen een staat waarin virale deeltjes nog niet zijn gerijpt. De lacunes worden waarschijnlijk gebruikt om DNA en eiwitten uit te wisselen die nodig zijn voor de rijping van het medusavirus en verdwijnen als het virus zijn laatste stadium bereikt", legt prof. Takemura uit.

Deze nieuwe inzichten demonstreren niet alleen een nieuw mechanisme van deeltjesvorming en rijping in medusavirus, maar werpen ook licht op de grote structurele en gedragsdiversiteit van gigantische virussen. Ze vertegenwoordigen een "gigantische" sprong in onze kennis van virusbiologie en roepen op tot verder onderzoek naar gigantische virussen, die zouden kunnen helpen bij het beantwoorden van tal van vragen over evolutie en infectie.