Gigant Viruslar Barcha Tirik Mavjudotlarning Avlodi Bo'lishi Mumkin

2023 Muallif: Adelina Croftoon | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-07-30 23:30

Jan-Mishel Klaveri (Jan-Mishel Klaveri) va Chantal Abergel (Chantal Abergel) - o'z hayotini yirik viruslarni o'rganishga bag'ishlagan dunyoga mashhur virusologlar. Aynan ular kashf etdilar pitovirus30 ming yil davomida Sibir muzlarida yotib, shuncha yillik og'ir sharoitlardan keyin omon qolgan.

G'ayrioddiy gigant viruslarning tabiatini o'rganib, olimlar ular o'ylagandan ko'ra g'aroyib xususiyatlarga ega ekanligini aniqladilar. Birinchidan, viruslarning aksariyatidan farqli o'laroq, Pitovirus juda katta - u hatto ba'zi bakteriyalardan ham katta. Ammo eng hayratlanarli tomoni shundaki, u viruslarga bo'lgani kabi, uy egasiga ham to'liq bog'liq emas va replikatsiyaning ayrim bosqichlarini mustaqil ravishda bajarishga qodir.

Pitovirus, uzunligi 1,5 mikrometr (fotosurat Jan-Mishel Klaveri, Chantal Abergel).

Bundan tashqari, juda ko'p miqdordagi Pitovirus genlari boshqa viruslarning genetik to'plamidan farq qiladi, ular ko'pincha faqat to'rtta genga ega. Boshqa tomondan, Pitovirusda besh yuz bor va ulardan ba'zilari oqsillarni ishlab chiqarish, DNKni tuzatish va replikatsiya qilish kabi murakkab vazifalarni bajarish uchun ishlatiladi.

Bu g'alati xususiyatlar tufayli Klaveri va Abergel Yerdagi hayotning kelib chiqishini ochish uchun kalit gigant viruslar bo'lishini taxmin qilishdi. Eslatib o'tamiz, biologlar hatto hayot shohligidagi oddiy viruslarni ham tasniflamaydilar, balki ularni uyali bo'lmagan yuqumli agentlar deb ataydilar.

"Viruslar, odatda, ko'payishida mezbon organizmlarning uyali mexanizmlariga tayanadi. Shuning uchun ularga bu mexanizmlardan o'z maqsadlari uchun foydalanish uchun begona hujayralar kerak. Boshqacha aytganda, hujayralarsiz viruslar mavjud bo'la olmaydi", - deydi Jek Shostak (Jek Szostak), Garvard universitetining taniqli biokimyogari va Nobel mukofoti sovrindori.

Ba'zi olimlarning aytishicha, ulkan viruslarning kashf qilinishi bizning yuqumli agentlar haqidagi tasavvurimizni o'zgartirishi mumkin. Ularning fikricha, zamonaviy viruslarning ajdodlari hujayra hayotining rivojlanishi uchun "xom ashyo" bilan ta'minlab, tirik organizmlarni diversifikatsiya qilish va turli turlarning paydo bo'lishiga yordam berishgan.

"Gigant viruslar-virusga o'xshash oddiy elementlar dunyosi qanday qilib ancha murakkab narsaga aylanishi mumkinligining eng yaxshi namunasidir", deydi Evgeniy Koonin, AQSh Milliy Sog'liqni Saqlash Institutlarining hisob-kitob mutaxassisi, uning virusli kelib chiqish nazariyasini. maqolada hayot. "Mikrobiologiya va molekulyar biologiya sharhlari" jurnalida chop etilgan.

Kunin va boshqa virusologlar asta -sekin virusga o'xshash elementlar hayotning eng muhim bosqichlarini: DNK evolyutsiyasini, birinchi hujayralarning shakllanishini va hayotning uchta sohaga bo'linishini - arxa, bakteriyalarni rag'batlantirgani to'g'risida dalillar to'playdilar. va eukaryotlar. Arxeya va bakteriyalar, bir hujayrali organizmlar, eukaryotlar paydo bo'lishidan ancha oldin mavjud bo'lgan, ular birinchi ikkita domenning birlashishi natijasida paydo bo'lgan.

Viruslarning kelib chiqishi haqidagi umumiy qabul qilingan nazariyalarga ko'ra, ular avtonom tarzda ko'payish qobiliyatini yo'qotgan degeneratsiyalangan hujayralardan yoki biron sababga ko'ra tirik hujayra chegaralarini tark etgan genlardan paydo bo'lgan. Birinchi bo'lib 2003 yilda tasvirlangan gigant viruslar bu ikki nazariyaning ishonchliligini pasaytirdi, chunki ular mutlaqo yangi, g'ayrioddiy organizm turini ifodalagan.

Gigant viruslarni aniqlash uchun olimlarga yillar kerak bo'ldi. Dastlab ular bakteriyaga qarayapmiz deb o'yladilar, chunki ularning tuzilishi ko'p bakteriyalar bilan bir xil edi. Bundan tashqari, faqat ba'zi bakteriyalarni bo'yaydigan maxsus kimyoviy moddalar bilan ishlov berish natijasida gigant virus yorqin ko'k rangga ega bo'ldi. Biroq, bularning bariga qaramay, laboratoriyada organizmni o'stirishga bo'lgan barcha urinishlar besamar ketdi. Tajribalarni qoldirib, olimlar muzlatgichga noyob namunani qo'yishdi.

Taxminan o'n yil o'tgach, aspirantlar organizmni olib, laboratoriyada o'sishi qiyin bo'lgan bakteriyalarga ixtisoslashgan frantsuz mikrobiologi Didye Raul laboratoriyasiga olib ketishdi. Birinchidan, tanani o'rganish uchun tadqiqotchi uni kuchli elektron mikroskop orqali tekshirdi.

Shu bilan birga, Claverie va Abergel Raul bilan ishladilar, lekin boshqa loyihada. Ular o'rganilayotgan organizmning kattaligidan yoki uning boshqa g'ayrioddiy xususiyatlaridan qat'i nazar, virusga o'xshash shaklni darhol tan olishdi. Virusologlar darhol gigant virus genomini o'rganishga kirishdilar va uning DNKida minglab genlarni topdilar, bu hatto ba'zi bakteriyalarnikidan ham ko'proq. Keyin olimlar organizmni mimivirus deb atashdi (MImicking MIcrobe VIRUS yoki "mikroblarga taqlid qiluvchi virus" dan), chunki amoeba uni bakteriyalar deb tushunib, yutmoqchi bo'lgan.

Klaveri va Abergele uzoq vaqtdan buyon gigant viruslar tabiatda keng tarqalgan bo'lishi kerak deb gumon qilishgan, lekin ularning kattaligi tufayli e'tiborga olinmaydi. Ular deyarli hamma tashrif buyurgan joylaridan amyobaga boy suv namunalarini olishdi. Ikkita rasmda (biri Melburndan, ikkinchisi Chili sohilidan) ular bundan ham kattaroq virusni topdilar va unga pandoravirus deb nom berishdi.

"Biz har bir tajribani 10 marta takrorladik. Virus shu qadar g'ayrioddiy ediki, biz qayerdadir xato qildik deb o'yladik", deb eslaydi Abergel.

Pandoravirusda hayratlanarli darajada ko'p genlar bo'lgani uchun, taxminan 2500, olimlar gigant viruslarni hayotning yangi shakli deb tasniflash vaqti keldi, deb qaror qilishdi. Eng ajablanarlisi shundaki, virus genlarining 90% dan ko'prog'i Yerda yashovchi boshqa organizmlar bilan hech qanday aloqasi yo'q edi.

Keyinchalik Klaveri va Abergelle pandovirusdan kattaroq va genlar soni bo'yicha undan kam bo'lmagan pitovirusni topdilar. G'ayrioddiy genofond olimlarni gigant viruslarning kelib chiqishi haqida hayron qoldirdi. Qo'zg'atuvchilar genlari boshqa organizmlardan juda farq qilgani uchun, biologlar gigant viruslarning ajdodlari hayotning juda erta bosqichida paydo bo'lgan deb taxmin qilishdi.

Bu fikr viruslar hayotning evolyutsion tarixida juda kech paydo bo'lgan degan umumiy qabul qilingan nazariyaga ziddir. Ammo viruslar uyali hayot shakllanishidan oldin paydo bo'lishi mumkinmi?

Kunin va uning hamkasblari viruslar hujayra hayotidan oldin bo'lgan deb hisoblaydilar. Uning "Viruslar dunyosi" deb nomlangan nazariyasiga ko'ra, zamonaviy viruslarning ajdodlari aminokislotalar va lipidlardan olingan genetik ma'lumotlarga ega bo'lgan barcha hayot hali ham suv havzalarida suzayotgan paytda paydo bo'lgan. Genetik materialning dastlabki namunalari, ehtimol, o'zlarini nusxalarini yaratish uchun proto-hayotning boshqa shakllarini parazit qilgan, nisbatan kichik genlar to'plamiga ega bo'lgan RNK bo'laklari edi.

Bu "kal" genetik ma'lumotlarning bo'laklari doimiy ravishda genlarni almashtirar, qo'shnilaridan ikkinchi darajali birliklarni olib, endi kerak bo'lmagan narsalarni qo'yib yuborardi. Vaqt o'tishi bilan, deydi Kunin, parazitar genetik elementlar o'z -o'zidan ko'payib keta olmadi va zamonaviy viruslarga aylandi, ular hali ham begona hujayralarsiz mavjud bo'lolmaydi. Va ular ilgari parazit qilgan genlar o'zlarini genetik yuklovchilardan himoya qilish uchun to'siqlar yaratishni boshladilar va natijada uyali hayot paydo bo'ldi.

Virusli dunyo nazariyasi mohiyatan RNK dunyosi gipotezasiga o'xshaydi, unda aytilishicha, hayot birinchi bo'lib asta-sekin murakkab DNK-tashuvchi organizmlarga aylangan kichik RNK bo'laklari sifatida paydo bo'lgan. Ikkala versiya ham birinchi genetik material qanday paydo bo'lganligi to'g'risida bir xil fikrga ega, lekin birinchi viruslar qachon paydo bo'lganidan farq qiladi - hujayralardan oldin yoki keyin.

Viruslar ustuvorligi tarafdorlari bir qancha kuchli dalillarga ega. Birinchidan, viruslarning xilma -xilligi uyali hayot vakillarining xilma -xilligidan ancha ustundir. Va agar viruslar ikkinchi darajali mahsulot bo'lsa, ularning xilma -xilligi ancha kambag'al bo'lar edi, chunki hujayralar viruslar uchun mavjud bo'lgan genlarning butun spektrini o'z ichiga olar edi.

"Odamlarning kelib chiqishi haqida gapirganda ham xuddi shunday dilemma paydo bo'ladi. Biz bilamizki, odamlar Afrikadan, chunki bu qit'a aholisi orasidagi irsiy xilma -xillik sayyoramizning boshqa joylariga qaraganda ancha katta. Agar bu odamlar uchun to'g'ri bo'lsa, demak. nima uchun bu viruslar uchun to'g'ri emas? " - so'radi Kunin.

Ikkinchidan, viruslar o'zlarini ko'paytirishga qaraganda ancha "aqlli". Hujayralarda DNKni ko'paytirishning faqat ikkita usuli bor: birida bakteriyalar, ikkinchisida arxa va eukaryotlar. Viruslar hamma narsadan foydalanadi.

Mimivirus, olimlar tomonidan topilgan birinchi yirik viruslardan biri (rasm Wikimedia Commons).

Yana bir oraliq nazariya borki, u viruslar ibtidoiy hujayralardan keyin va zamonaviylardan oldin paydo bo'lishi mumkinligini aytadi. Hayotning uch xil sohasini yuqtirgan individual viruslar ba'zi oqsillarni birlashtiradi, bu shuni ko'rsatadiki, viruslar zamonaviy ma'noda hayot ko'tarilishidan oldin paydo bo'lgan. Ammo, virusli dunyo nazariyasi tarafdorlarining fikriga ko'ra, viruslar er yuzidagi barcha hayotning ajdodi paydo bo'lishidan ancha oldin mavjud bo'lgan.

Gigant viruslarni o'rganish hayot nima haqida deyarli falsafiy savol tug'dirdi. Standart ta'rifga ko'ra, an'anaviy viruslar tirik organizmlar emas, chunki ular o'z genlarini takrorlay olmaydilar va mezbon hujayralardan "o'g'irlashlari" kerak.

Ammo gigant viruslar bakteriyalar va oddiy viruslar orasida. Ularda replikatsiya bilan shug'ullanadigan ba'zi genlar bor, bu ularning evolyutsiyasida mustaqil organizm bo'lishi mumkin bo'lgan bosqich bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.

Ba'zi tadqiqotchilar, shuning uchun ular hayot daraxtiga alohida domen belgilashlari kerakligini ta'kidlaydilar. Gigant viruslar boshqalarga o'xshamagan, faqat o'ziga xos bo'lgan genlarga ega ekanligi bu afzalliklarni qo'llab -quvvatlaydi.

Ammo gigant viruslar sitoplazmatik yirik DNK viruslari deb nomlanuvchi katta virusli oilalarga guruhlangan, ular orasida chechak viruslari ham bor. Gigant viruslar chechakka olib keladigan viruslarga qaraganda ancha murakkab, shuning uchun olimlar ular keyinchalik evolyutsiya tarixida paydo bo'lgan deb taxmin qilishgan. Biroq, olimlarning keyingi ishlari shuni ko'rsatdiki, bu viruslar kutilganidan ancha oldinroq paydo bo'lgan.

Illinoys universiteti professori Gustavo Caetano-Anolles 2012 yilgi tadqiqotda bir nechta yirik viruslarda topilgan oqsillarning evolyutsion tarixini kuzatdi. Uning ishi shuni ko'rsatadiki, gigant viruslar - barcha tirik mavjudotlarning oxirgi universal umumiy ajdodidan oldin yoki birga yashagan hayot shakli.

Agar ulkan viruslar Cayetano-Anolles ishi ko'rsatganidek eski bo'lsa, unda Yerning biologik tarixini tubdan qayta ko'rib chiqish kerak. Bunday holda, hayotning paydo bo'lishida etakchi rol o'ynagan viruslar edi. Bu, shuningdek, viruslar sayyoramizda hukmron evolyutsion kuchlardan biri ekanligini va har bir organizmning o'z virusli o'tmishiga ega ekanligini anglatishi mumkin.

Shostakning fikricha, viruslar haqiqatan ham kuchli evolyutsion kuch edi va ular ilgari olimlar ishonganidan ancha oldin paydo bo'lgan. Shu bilan birga, u genetik materialning boshqa bo'limlarini o'z nusxalarini olish uchun ishlatadigan genetik materialning bo'laklari bo'lgan va hujayrasiz mavjud bo'la olmaydigan haqiqiy viruslar o'rtasidagi muhim farqni ko'rsatadi.

"Qachonki siz bir nechta kichik RNK molekulalarini aralashtirsangiz, sizda juda ko'p parazitar ketma -ketliklar paydo bo'ladi, chunki ular yaxshi replikatsiya qila oladi, chunki RNKning yana bir ipi", - deydi Shostak.

Virusli dunyo nazariyasini qo'llab -quvvatlovchilarning aytishicha, hujayralar viruslar ishtirokisiz rivojlana olmaydi: RNKdan DNKga o'tish uchun teskari transkriptaza fermenti kerak va ular hujayralarda emas, faqat viruslarda bo'ladi.

Biroq Klaveri va Abergelle viruslar hujayralardan paydo bo'lgan deb hisoblaydilar. Ular gigant viruslardagi g'ayrioddiy genlar to'plamiga yana bir izoh berishadi: ular, ehtimol, hozirgacha yo'q bo'lib ketgan hujayralardan kelib chiqqan.

Bu nazariyaga ko'ra, gigant viruslarning ajdodi mustaqil hayot shakli sifatida takrorlanish qobiliyatini yo'qotdi va o'z DNKini nusxalash uchun boshqa hujayralarga tayanishga majbur bo'ldi. Bu qadimiy hujayralardan genlarning bo'laklari zamonaviy mimiviruslarda, pandoraviruslarda va pitoviruslarda saqlanib qolgan, bu noyob genlar borligining mantiqiy izohi bo'lishi mumkin.

"Hamma tirik mavjudotlar bitta umumiy ajdodga ega bo'lolmaydi. Ilk tarixda bir -biri bilan raqobatlashib, bitta g'olibni qoldirgan tirik organizmlarning ko'plab hujayralari bo'lgan, ular biz bilgan hayot asosini tashkil qilgan", deydi Klaveri.

Bu mavzu bo'yicha tortishuvlar tez orada to'xtamaydi. Ammo virusologlar allaqachon hayotning evolyutsiyasi tarixini yoritadigan yangi gigant viruslarni qidirmoqdalar.