Ang misteryo ng pinagmulan ng mga virus

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang mga virus ay halos hindi nabubuhay. Gayunpaman, ang kanilang pinagmulan at ebolusyon ay hindi gaanong nauunawaan kaysa sa paglitaw ng "normal" na mga cellular na organismo. Hindi pa rin alam kung sino ang lumitaw nang mas maaga, ang mga unang cell o ang unang mga virus. Marahil ay palagi nilang sinasamahan ang buhay, tulad ng isang mapaminsalang anino.

Ang problema ay ang mga virus ay hindi hihigit sa mga fragment ng genome (DNA o RNA) na nakapaloob sa isang coat na protina. Wala silang iniiwan na bakas sa rekord ng fossil, at ang natitira pa lamang upang pag-aralan ang kanilang nakaraan ay ang mga modernong virus at ang kanilang mga genome.

Ang paghahambing, paghahanap ng pagkakatulad at pagkakaiba, natuklasan ng mga biologist ang mga ebolusyonaryong ugnayan sa pagitan ng iba't ibang mga virus, tinutukoy ang kanilang mga pinaka sinaunang tampok. Sa kasamaang palad, ang mga virus ay kakaiba at iba-iba. Sapat na alalahanin na ang kanilang mga genome ay maaaring katawanin ng mga kadena ng hindi lamang DNA (tulad ng sa ating bansa at, halimbawa, mga herpes virus), kundi pati na rin ng isang kaugnay na molekula ng RNA (tulad ng sa mga coronavirus).

Ang molekula ng DNA / RNA sa mga virus ay maaaring iisa o hatiin sa mga bahagi, linear (adenoviruses) o pabilog (polyomaviruses), single-stranded (anelloviruses) o double-stranded (baculoviruses).

Visual science Influenza A / H1N1 virus

Ang mga istruktura ng mga particle ng viral, ang mga kakaiba ng kanilang ikot ng buhay at iba pang mga katangian, na maaaring magamit para sa ordinaryong paghahambing, ay hindi gaanong magkakaibang. Maaari kang magbasa nang higit pa tungkol sa kung paano nalalampasan ng mga siyentipiko ang mga paghihirap na ito sa pinakadulo ng post na ito. Sa ngayon, tandaan natin kung ano ang pagkakatulad ng lahat ng mga virus: lahat sila ay mga parasito. Walang isang virus ang kilala na maaaring magsagawa ng metabolismo sa sarili nitong, nang hindi gumagamit ng mga biochemical na mekanismo ng host cell.

Walang virus na naglalaman ng mga ribosom na maaaring mag-synthesize ng mga protina, at walang nagdadala ng mga sistema na nagpapahintulot sa paggawa ng enerhiya sa anyo ng mga molekulang ATP. Ang lahat ng ito ay ginagawa silang obligado, iyon ay, walang kondisyong intracellular na mga parasito: hindi sila maaaring umiral sa kanilang sarili.

Hindi nakakagulat na, ayon sa isa sa mga una at pinaka-kilalang hypotheses, ang mga cell ay unang lumitaw, at pagkatapos lamang ang buong magkakaibang viral na mundo ay nabuo sa lupang ito.

Regressively. Mula sa kumplikado hanggang sa simple

Tingnan natin ang rickettsia - mga intracellular parasites din, kahit na bacteria. Bukod dito, ang ilang bahagi ng kanilang genome ay malapit sa DNA, na nakapaloob sa mitochondria ng mga eukaryotic cell, kabilang ang mga tao. Tila, ang dalawa sa kanila ay may isang karaniwang ninuno, ngunit ang tagapagtatag ng "linya ng mitochondria," na nakakahawa sa cell, ay hindi pinatay ito, ngunit hindi sinasadyang napanatili sa cytoplasm.

Bilang resulta, ang mga inapo ng bacterium na ito ay nawalan ng mas maraming hindi kinakailangang mga gene at nasira sa mga cellular organelle na nagbibigay sa mga host ng mga molekula ng ATP kapalit ng lahat ng iba pa. Ang "regressive" na hypothesis ng pinagmulan ng mga virus ay naniniwala na ang gayong pagkasira ay maaaring mangyari sa kanilang mga ninuno: sa sandaling ganap na ganap at independiyenteng mga cellular organism, sa paglipas ng bilyun-bilyong taon ng parasitiko na buhay, nawala lamang sa kanila ang lahat ng labis.

Ang lumang ideyang ito ay muling binuhay ng kamakailang pagtuklas ng mga higanteng virus gaya ng mga pandoravirus o mimivirus. Ang mga ito ay hindi lamang napakalaki (ang particle diameter ng mimivirus ay umabot sa 750 nm - para sa paghahambing, ang laki ng influenza virus ay 80 nm), ngunit mayroon din silang napakahabang genome (1.2 milyong nucleotide link sa mimivirus kumpara sa ilang daang in karaniwang mga virus), pag-encode ng maraming daan-daang protina.

Kabilang sa mga ito ay mayroon ding mga protina na kinakailangan para sa pagkopya at "pag-aayos" (pag-aayos) ng DNA, para sa paggawa ng messenger RNA at mga protina.

Ang mga parasito na ito ay hindi gaanong umaasa sa kanilang mga host, at ang kanilang pinagmulan mula sa mga ninuno na malayang nabubuhay ay mukhang mas kapani-paniwala. Gayunpaman, maraming mga eksperto ang naniniwala na hindi nito malulutas ang pangunahing problema - ang lahat ng "karagdagang" mga gene ay maaaring lumitaw mula sa mga higanteng virus mamaya, na hiniram mula sa mga may-ari.

Pagkatapos ng lahat, mahirap isipin ang isang parasitic degradation na maaaring pumunta sa ngayon at makaapekto kahit sa anyo ng carrier ng genetic code at humantong sa paglitaw ng mga RNA virus. Hindi nakakagulat na ang isa pang hypothesis tungkol sa pinagmulan ng mga virus ay pantay na iginagalang - ang ganap na kabaligtaran.

Progresibo. Mula sa simple hanggang sa kumplikado

Tingnan natin ang mga retrovirus, na ang genome ay isang single-stranded na molekula ng RNA (halimbawa, HIV). Sa sandaling nasa host cell, ang mga naturang virus ay gumagamit ng isang espesyal na enzyme, reverse transcriptase, na ginagawang ordinaryong double DNA, na pagkatapos ay tumagos sa "banal ng mga banal" ng cell - sa nucleus.

Dito pumapasok ang isa pang viral protein, integrase, at ipinapasok ang mga viral gene sa DNA ng host. Pagkatapos ang sariling mga enzyme ng cell ay nagsimulang gumana sa kanila: gumagawa sila ng bagong RNA, synthesize ang mga protina sa kanilang batayan, atbp.

Visual scienceHuman Immunodeficiency Virus (HIV)

Ang mekanismong ito ay kahawig ng pagpaparami ng mga mobile genetic na elemento - mga fragment ng DNA na hindi nagdadala ng impormasyong kailangan natin, ngunit nakaimbak at naipon sa ating genome. Ang ilan sa mga ito, ang mga retrotransposon, ay may kakayahang dumami dito, na kumakalat gamit ang mga bagong kopya (higit sa 40 porsiyento ng DNA ng tao ay binubuo ng mga naturang "junk" na elemento).

Para dito, maaaring maglaman ang mga ito ng mga fragment na naka-encode sa parehong mga pangunahing enzyme - reverse transcriptase at integrase. Sa katunayan, ang mga ito ay halos handa na ang mga retrovirus, na wala lamang ng isang coat na protina. Ngunit ang pagkuha nito ay isang bagay ng oras.

Ang pag-embed sa genome dito at doon, ang mga mobile genetic na elemento ay lubos na may kakayahang kumuha ng mga bagong host gene. Ang ilan sa mga ito ay maaaring angkop para sa pagbuo ng capsid. Maraming mga protina ang may posibilidad na mag-ipon sa sarili sa mas kumplikadong mga istraktura. Halimbawa, ang ARC protein, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa paggana ng mga neuron, ay kusang natitiklop sa libreng anyo sa mga partikulo na parang virus na maaari pang magdala ng RNA sa loob. Ipinapalagay na ang pagsasama ng naturang mga protina ay maaaring mangyari nang halos 20 beses, na nagbubunga ng malalaking modernong grupo ng mga virus na naiiba sa istraktura ng kanilang sobre.

Parallel. Anino ng buhay

Gayunpaman, ang pinakabata at pinaka-promising na hypothesis ay binabaligtad muli ang lahat, sa pag-aakalang ang mga virus ay lumitaw nang hindi lalampas sa mga unang cell. Sa isang mahabang panahon ang nakalipas, kapag ang buhay ay hindi pa nalalayo, ang proto-evolution ng self-replicating molecule, na may kakayahang kopyahin ang kanilang mga sarili, ay nagpatuloy sa "primordial soup".

Unti-unti, ang mga ganitong sistema ay naging mas kumplikado, na nagiging mas malaki at mas malalaking molekular complex. At sa sandaling ang ilan sa kanila ay nakakuha ng kakayahang mag-synthesize ng isang lamad at naging mga proto-cell, ang iba - ang mga ninuno ng mga virus - ay naging kanilang mga parasito.

Nangyari ito sa bukang-liwayway ng buhay, matagal bago ang paghihiwalay ng bacteria, archaea at eukaryotes. Samakatuwid, ang kanilang (at ibang-iba) na mga virus ay nakahahawa sa mga kinatawan ng lahat ng tatlong mga domain ng buhay na mundo, at sa mga virus ay maaaring mayroong napakaraming naglalaman ng RNA: ito ay mga RNA na itinuturing na "ancestral" na mga molekula, ang self-replikasyon at ebolusyon. na naging dahilan ng pag-usbong ng buhay.

Ang mga unang virus ay maaaring maging tulad ng "agresibo" na mga molekula ng RNA, na kalaunan ay nakakuha lamang ng mga gene na nag-encode ng mga sobre ng protina. Sa katunayan, ipinakita na ang ilang uri ng mga shell ay maaaring lumitaw kahit na bago ang huling karaniwang ninuno ng lahat ng nabubuhay na organismo (LUCA).

Gayunpaman, ang ebolusyon ng mga virus ay isang lugar na mas nakakalito kaysa sa ebolusyon ng buong mundo ng mga cellular na organismo. Malamang na, sa kanilang sariling paraan, lahat ng tatlong pananaw sa kanilang pinagmulan ay totoo. Ang mga intracellular parasite na ito ay napakasimple at sa parehong oras ay magkakaiba na ang iba't ibang mga grupo ay maaaring lumitaw nang independyente sa bawat isa, sa kurso ng mga pangunahing magkakaibang mga proseso.

Halimbawa, ang parehong higanteng mga virus na naglalaman ng DNA ay maaaring lumitaw bilang isang resulta ng pagkasira ng mga ancestral cell, at ilang mga retrovirus na naglalaman ng RNA - pagkatapos "makakuha ng kalayaan" ng mga mobile genetic na elemento. Ngunit posibleng may utang tayo sa hitsura ng walang hanggang banta na ito sa isang ganap na naiibang mekanismo, na hindi pa natuklasan at hindi alam.

Mga genome at gene. Paano pinag-aaralan ang ebolusyon ng mga virus

Sa kasamaang palad, ang mga virus ay hindi kapani-paniwalang pabagu-bago. Wala silang mga sistema para sa pag-aayos ng pinsala sa DNA, at anumang mutation ay nananatili sa genome, napapailalim sa karagdagang pagpili. Bilang karagdagan, ang iba't ibang mga virus na nakakahawa sa parehong cell ay madaling nagpapalitan ng mga fragment ng DNA (o RNA), na nagbubunga ng mga bagong recombinant na anyo.

Sa wakas, ang pagbabago sa henerasyon ay nangyayari nang hindi karaniwan - halimbawa, ang HIV ay may cycle ng buhay na 52 oras lamang, at ito ay malayo sa pinakamaikling nabubuhay. Ang lahat ng mga kadahilanang ito ay nagbibigay ng mabilis na pagkakaiba-iba ng mga virus, na lubos na nagpapalubha sa direktang pagsusuri ng kanilang mga genome.

Kasabay nito, minsan sa isang cell, ang mga virus ay madalas na hindi naglulunsad ng kanilang karaniwang parasitiko na programa - ang ilan ay dinisenyo sa ganitong paraan, ang iba ay dahil sa isang aksidenteng pagkabigo. Kasabay nito, ang kanilang DNA (o RNA, na dating na-convert sa DNA) ay maaaring magsama sa mga chromosome ng host at magtago dito, na nawawala sa maraming mga gene ng cell mismo. Minsan ang viral genome ay muling isinaaktibo, at kung minsan ay nananatili ito sa isang nakatagong anyo, na ipinapasa mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon.

Ang mga endogenous retrovirus na ito ay pinaniniwalaan na umabot ng hanggang 5-8 porsiyento ng sarili nating genome. Ang kanilang pagkakaiba-iba ay hindi na napakahusay - ang cellular DNA ay hindi nagbabago nang napakabilis, at ang siklo ng buhay ng mga multicellular na organismo ay umabot sa sampu-sampung taon, hindi oras. Samakatuwid, ang mga fragment na nakaimbak sa kanilang mga cell ay isang mahalagang mapagkukunan ng impormasyon tungkol sa nakaraan ng mga virus.

Ang isang hiwalay at mas bata pang lugar ay ang proteomics ng mga virus - ang pag-aaral ng kanilang mga protina. Pagkatapos ng lahat, pagkatapos ng lahat, ang anumang gene ay isang code lamang para sa isang tiyak na molekula ng protina na kinakailangan upang maisagawa ang ilang mga function. Ang ilan ay "magkasya" tulad ng mga piraso ng Lego, na natitiklop ang viral envelope, ang iba ay maaaring magbigkis at patatagin ang viral RNA, at ang iba pa ay maaaring gamitin upang atakehin ang mga protina ng isang nahawaang selula.

Ang mga aktibong site ng naturang mga protina ay responsable para sa mga pag-andar na ito, at ang kanilang istraktura ay maaaring maging napakakonserbatibo. Pinapanatili nito ang mahusay na katatagan sa buong ebolusyon. Kahit na ang mga indibidwal na bahagi ng mga gene ay maaaring magbago, ngunit ang hugis ng site ng protina, ang pamamahagi ng mga singil sa kuryente sa loob nito - lahat ng bagay na kritikal para sa pagganap ng nais na function - ay nananatiling halos pareho. Sa pamamagitan ng paghahambing sa kanila, mahahanap ng isa ang pinakamalayong mga koneksyon sa ebolusyon.