Kaip milžiniški virusai skatina genetinę organizmų evoliuciją

Virusai yra maži įsibrovėliai, sukeliantys įvairiausias ligas, nuo pasiutligės iki pomidorų dėmės viruso ir neseniai COVID-19 žmonėms. Tačiau virusai gali ne tik išprovokuoti ligas – ir ne visi virusai yra maži.

Pagrindiniai virusai, ypač nukleocitoplazminiame pagrinde DNR virusų šeima, gali integruoti savo genomą į savo šeimininko genomą – tai dramatiškai keičia šio organizmo genetinę struktūrą. Ši DNR virusų šeima, dar vadinama „milžiniškais“ virusais, jau kurį laiką buvo žinoma mokslo sluoksniuose, tačiau iki šiol tai buvo slapta apgaubta, kiek jie veikia eukariotinius organizmus.

„Virusai vaidina pagrindinį vaidmenį vystantis gyvybei žemėje. Vienas iš būdų formuoti ląstelių gyvenimo evoliuciją yra procesas, vadinamas endogenizacija, kai jie į savo šeimininkus įneša naujos genomos medžiagos. Kai milžiniškas virusas endogenizuojasi dumblių genome, jis sukuria milžinišką kiekį žaliavos, su kuria gali dirbti evoliucija “, – sakė Virdžinijos technikos mokslų koledžo biologijos mokslų katedros docentas Frankas Aylwardas ir Fralino gyvybės mokslų institute įsikūrusi pasaulinių pokyčių centro dukterinė įmonė.

Mohamedas Moniras Moniruzzamanas, Aylwardo laboratorijos mokslų daktaras, tiria endogeninius virusinius elementus, kurie yra žalios virusinės DNR fragmentai arba visos eilės, įterptos į užkrėstojo šeimininko genomą.

Kartu Aylwardas ir Moniruzzamanas neseniai atrado, kad endogeniniai virusiniai elementai, gaunami iš milžiniškų virusų, chlorofitų želdynuose yra daug dažniau nei manyta anksčiau.

Jų išvados bus paskelbtos šiandien (2020 m. Lapkričio 18 d.) Žemė.

Milžiniško viruso Virdžinijos mokslininkai

Iš kairės į dešinę: Frank Aylward, Mohammad ‘Monir’ Moniruzzaman, Alaina Weinheimer, Carolina Alejandra Martínez Gutiérrez. Vaizdas mandagus Alex Crookshanks. Kreditas: Virginia Tech

Chlorofitai, žaliųjų dumblių grupė, yra svarbi fotosintetinių organizmų grupė, kuri daugelyje ekosistemų yra maisto grandinės pagrinde ir gamina daug maisto ir deguonies aplink planetą. Chlorofitai klesti mūsų ežeruose ir tvenkiniuose – jų dinamika su milžiniškais virusais, taip pat unikali evoliucijos istorija buvo pagrindiniai tiriant Aylwardą ir Moniruzzamaną.

Chlorofitų dumbliai yra sausumos augalų šeimos nariai, todėl tiriant jų sąveiką su milžiniškais virusais galima šiek tiek paaiškinti, kokius vaidmenis virusai atliko ankstyvoje augalų evoliucijoje.

“Dabar mes žinome, kad endogeniniai virusiniai elementai yra dažni chlorofituose, todėl galvojate, kad augalai taip pat gali sąveikauti su šiais milžiniškais virusais. Yra duomenų, leidžiančių manyti, kad kai kurie ankstyvieji augalai, pavyzdžiui, samanos ir paparčiai, patyrė šiuos endogeninius įvykius evoliucijos laiko juostoje. Bet mes nesame visiškai tikri dėl šio reiškinio masto kituose ankstyvuose augaluose “, – sakė pirmasis šio paskelbto straipsnio autorius Moniruzzamanas.

Norėdami sužinoti daugiau apie endogeninių virusinių elementų buvimą dumbliuose, Moniruzzamanas ir Aylwardas atliko bioinformatikos analizę iš eilės skirtingų dumblių grupių genomuose.

Jie atrado, kad 24 iš 65 analizuotų genomų savo genomuose buvo daugybė virusų parašų, atsirandančių pakartotinai atliekant įvairių virusų endogenizaciją. Viename dumblių organizme „Tetrabaena socialis“ mokslininkai nustatė, kad maždaug 10 procentų jo genų buvo kilę iš viruso, esančio didelių nukleocitoplazminių DNR virusų šeimoje.

Nors virusų endogenizacija buvo gerai ištirta, tyrimai dažniausiai apsiriboja mažais RNR virusai, tokie kaip žmogaus imunodeficito virusas (ŽIV), retrovirusas, atsakingas už įgyto imunodeficito sindromo (AIDS) priežastį.

Aylwardo ir Moniruzzamano tyrimas yra vienas pirmųjų, kuris atkreipė dėmesį į didelius eukariotų DNR virusus, o tai rodo didelį poslinkį šioje srityje.

Elektronų mikrografo vaizdas iš AaV, milžiniško viruso, užkrėjančio ir sunaikinančio vienaląsčius dumblius, kurie kraujuoja kenksmingais dumbliais. Milžiniški virusai, priklausantys tai pačiai grupei kaip AaV, gali reguliariai patalpinti savo genomus į savo šeimininkų genomus. Vaizdo leidimas iš Chuan Xiao ir Yuejiao Xian, Teksaso universiteto El Paso mieste; Stevenas W. Wilhelmas ir Ericas R. Gannas, Tenesio universitetas, Noksvilis.

Šie dideli endogeniniai virusiniai elementai yra daug labiau paplitę, nei manyta anksčiau. Dabar, kai turime sistemingą analizę, kiti tyrėjai tikrai pradės atkreipti dėmesį. Šis tyrimas rodo, kad endogeniniai virusiniai elementai yra gana dažni, todėl tai gali būti įprastas genomo evoliucijos mechanizmas. „Manau, kad šie rezultatai praplės mūsų požiūrį į milžiniškų virusų, kaip tik mirtingojo šeimininko, vaidmenį iki svarbių vaidmens žaidėjų šeimininko genomo evoliucijoje“, – sakė Moniruzzamanas.

Dabar, kai Moniruzzamanas ir Aylwardas patvirtino, kad endogenizacija vyksta didesniuose virusuose, jiems kyla klausimas, kokiomis aplinkybėmis šie virusai pirmiausia suleidžia EVE į žaliuosius dumblius – ir kodėl šeimininkai nerodo jų atmetimo požymių.

„Mes nežinome, koks yra mechanizmas ir kaip palaikoma DNR, tačiau gali būti, kad endogenizacija yra atsitiktinis, beveik atsitiktinis procesas. „O kai viruso DNR endogenizuojasi, ji gali pakeisti šeimininko evoliucinę dinamiką ir dar labiau paveikti šios genties evoliuciją“, – sakė Aylwardas.

Idėja, kad tarp šeimininko ir viruso gali būti potencialiai naudingas ryšys, yra ypač svarbi „Moniruzzaman“.

„Gali būti priežastis, kodėl šeimininkas laiko šį viruso genomą. Nėra taip, kad dėl šių virusinių genų šeimininkams nesiseka ar jie negali išgyventi aplinkoje. Taigi tai yra dalykas: ar endogeniniai virusiniai elementai yra naudingi šeimininkui? Ir kaip jie ten pateks ir pasiliks? – paklausė Moniruzzamanas.

Nuoroda: 2020 m. Lapkričio 18 d., Žemė.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2924-2

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujos biologiškai įkvėptų, šviesą sugeriančių nanomedžiagų klasės sintezė

POSS-peptoido molekulės savaime susirenka į romboidinius nanokristalus. Paskola Stephanie King iliustracija Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija Gamtos įkvėpti Ramiojo vandenyno šiaurės...

Naujos priemonės, reikalingos augalų ligų prevencijai

Žiūrėkite užkrėstą kraują, kuris gali padėti apsaugoti maistą. Medžių ligos nesibaigia prie tautos sienų, o mylios vandenynų taip pat nesustabdo jų plitimo. Štai kodėl,...

Omega-3 derinimas su liaudies papildais gali pakenkti širdžiai

Gydytojai dažnai rekomenduoja omega-3, kurie padeda pacientams sumažinti cholesterolio kiekį ir pagerinti širdies sveikatą. Šie omega-3 gali būti iš riebių žuvų, tokių kaip...

Paviršių poveikis ploniems atominiams puslaidininkiams

Naudodami ultravioletinius spindulius, tyrėjai ištyrė 2-D puslaidininkių (violetinių) elektronines charakteristikas, nes duomenų žemėlapyje padidėja substrato sluoksnių (žalių) skaičius. Raudonas apskritimas žymi elektronines savybes, kurios...

Norėdami pagreitinti atradimą, didelio matmens infraraudonųjų spindulių mikroskopija išeina iš tinklelio

Plytelių rašto, naudojamo skenuoti C. elegans apvalųjį kirminą, pavyzdys. Netinklinis modelis suteikia atrankos algoritmui didesnį lankstumą greitai panaudojant dominančias sritis. Autoriai: Elizabeth...

Newsletter

Subscribe to stay updated.