Kryžminiai virusai sukelia savitus hibridinius variantus

Kryžminiai virusai yra hibridinė forma, turinti tiek RNR, tiek DNR genominę medžiagą. Čia viengrandis DNR virusas (geltonas), kuriame yra Rep baltymo seka, nukreipianti viruso replikaciją, pasiskolina genetinę informaciją iš RNR viruso (mėlyna), konkrečiai koduojančią RNR viruso kapsidės baltymą. . Rezultatas yra chimerinis virusas, turintis tiek DNR, tiek RNR komponentus – kryžminis virusas (matomas dešiniajame skydelyje). Kreditas: Shireen Dooling grafika Biodizaino institutui

Milijonus metų virusai dalyvavo nuotoliniame importo ir eksporto versle, keisdami savo fragmentus virusiniais ir nevirusiniais vaistais ir įgaudami naujų funkcijų. Tai, ko šie maži dariniai neturi išorinio sudėtingumo, kompensuoja savo stulbinančiais sugebėjimais keistis moduliniais genomo komponentais ir nepaliaujamai išradinėti save.

Naujajame žurnale paskelbtame tyrime mBio, Arvindas Varsani ir jo kolegos tiria neseniai atrastų virusų klasę, kuri viruso pasaulio savitumą pakėlė į naujas aukštumas.

Šios žymios formos vadinamos kryžminiais virusais ir rodo abiejų komponentų susiliejimą RNR ir DNR virusų, įrodančių, kad šios anksčiau galėjusios genomo domenai tinkamomis sąlygomis gali maišytis ir gauti hibridinį arba chimerinį viruso variantą.

Varsanį, Arizonos valstybinio universiteto pagrindinės ir taikomosios mikrobiomikos biologinio projektavimo centro virusologą, labai domina šie nauji virusai, kurie pradeda pasirodyti įvairiausiose aplinkose, kur gausiau ir įvairiau.

„Nuostabu matyti, kad mokslinių tyrimų grupės, kurios pirmą kartą nustatė kryžvirusus, bendradarbiauja dalydamosi metagenominiais duomenimis ir jais naudojasi, siekdamos nustatyti didesnę kryžminių virusų įvairovę“, – sakė Varsani, ASU Gyvosios gamtos mokslai.

Naujas virusas mieste

Crucivirus serijas nustatė Varsani kolega ir bendraautorius Kennethas M. Stedmanas bei jo grupė Portlando valstijos universitete. Komanda pastebėjo virusus, klestinčius ekstremalioje aplinkoje – Boiling Springs ežere (BSL) Lasseno vulkaniniame nacionaliniame parke, Kalifornijos šiaurėje. Maždaug tuo pačiu metu Varsani ir Mya Breitbarto tyrimų grupė nustatė kryžminį virusą laumžirgių mėginyje iš Floridos.

Arvindas Varsani

Arvindas Varsani yra pagrindinės ir taikomosios mikrobiomikos biologinio projektavimo centro ir ASU Gyvybės mokslų mokyklos virusologas. Kreditas: Biodizaino institutas Arizonos valstybiniame universitete

Nuo jų atradimo 2012 m. Kryžmažiedžių medžių buvo rasta įvairiose aplinkose visame pasaulyje, pradedant Niujorko ir Floridos valstijų ežerais, baigiant Antarktida ir giliavandenėmis nuosėdomis. Prieš dabartinį tyrimą buvo nustatyta apie 80 skirtingų kryžminančių medžių, jų skaičius padidėjo iki 461.

Pirmieji kryžiaus virusai buvo identifikuoti naudojant metodą, vadinamą viruso metagenomika, kai tiesiogiai iš aplinkos gaunama virusinė genetinė medžiaga yra sekvenuojama, o ne auginama ar auginama iš šeimininkų rūšies ar natūralaus rezervuaro.

Šių ankstyvų tyrimų rezultatai atskleidė savitas genetines sekas, kurios kardinaliai skiriasi nuo anksčiau matytų. Šios sekos aiškiai parodė DNR viruso parašą, tačiau jose taip pat buvo geno, kuris, matyt, buvo gautas iš RNR viruso.

Naudodami šautuvo metodą tralui per potencialiai didelę sekų erdvę, virusinės metagenomikos tyrinėtojai gali nustatyti visus aplinkos mėginyje esančius genomo modelius ir tada atskirti skirtingas virusų sekas, pavyzdžiui, žvejas iš savo tinklo ištraukia įvairius jūrų gyvūnus. haal.

Ši technika sukėlė revoliuciją virologijos disciplinoje. Be anksčiau nežinomų virusų galaktikos nustatymo, metagenomika siūlo įdomių užuominų apie genetinę įvairovę ir padeda atskleisti virusų evoliucijos paslaptis, prieš tai neišskiriant virusų rūšių ir neužauginant virusų laboratorijoje.

Forma ir funkcija

Kryžminiai virusai priklauso platesnei virusų klasei, vadinamam CRESS (skirta žiediniam vienos grandinės perkodavimui) DNR virusai, neseniai priskirti prie Cressdnaviricota šeimos. Pagrindinė tokių virusų savybė yra jų dauginimosi būdas, kuris priklauso nuo konkretaus komponento, žinomo kaip Rep baltymas. Rep baltymas yra svarbus nurodant šių virusų replikacijos metodą, žinomą kaip žiedinė DNR replikacija. Rep baltymo buvimas ir apskritimo replikacija rodo, kad virusas priklauso kresdnavirusams, ir tai padeda tyrinėtojams atskleisti velnio ir komplekso santykius bei gimines virusiniame pasaulyje.

Be to, kad kressdnavirusuose randama repo, kryžminiuose virusuose yra dar viena svarbi funkcija – kapsidės baltymas, panašus į tą, kuris anksčiau buvo tik RNR virusuose. Kapsidai yra nepaprastai svarbūs ir sudaro išorinį apvalkalą ar apvalkalą, apimančią viruso tapatumą – jo genetinę seką. Kapsidas apsaugo gyvybiškai svarbias nukleorūgštis, susietas su virškinamojo trakto fermentais, suteikia viruso dalelėms galimybę prisijungti prie ląstelių-šeimininkų ir leidžia virusams išvengti ląstelės-šeimininkės gynybos. Galiausiai, kapsulėse yra specialių savybių, kurios suteikia virusui galimybę įterpti membraną-šeimininką ir įšvirkšti viruso branduolius. rūgštis ląstelės citoplazmoje.

Analizė rodo, kad kryžminių virusų kapsidinis baltymas yra glaudžiai susijęs su kito Tombusviridae šeimos viruso – vienos grandinės RNR viruso, kuris, kaip žinoma, užkrėsia augalus, kapsidės baltymu. Šis hibridinis viruso pobūdis, kuriame yra ir DNR, ir RNR viruso gautų koduojančių komponentų, daro kryžminius virusus tokius unikalius.

Neaiški kilmė

Bet kaip bėgantis kresdnavirusas gavo savo RNR kapsidės baltymą koduojančią seką? Tai tebėra rimtų diskusijų klausimas, nors, tikėtina, buvo tam tikros formos šoninis genų perkėlimas.

Virusai gali paveldėti genus iš savo tiesioginių protėvių, nes genetiniai bruožai perduodami iš žmogaus tėvų jų palikuonims. Tačiau virusai yra daug genetiškai laisvesni ir renka naujus genus iš jų užkrėstų ląstelių, kitų nesusijusių virusų ir net iš bakterijų simbiontų. (Šis reiškinys taip pat būdingas bakterijoms, kurios gali naudoti horizontalų genų perdavimą, kad gautų atsparumą antibiotikams.)

Naudodamas tokį mechanizmą, kresdnavirusas iš RNR viruso įgijo į kapsidą panašų geną, kuris sukūrė pirmąjį kryžminį virusą. Taip pat atrodo, kad skirtingi kryžminiai virusai aktyviai keitė funkcinius elementus tarpusavyje, dar labiau painiojant jų evoliucijos istoriją.

Nors kryžminio viruso, DNR ir RNR rekombinacijos KAIP lieka paslaptinga, KODĖL gali būti tiesmukiškesnė. Akivaizdu, kad galimybė pasiskolinti genetinius požymius iš tokių glaudžiai susijusių virusų šaltinių gali suteikti vienos grandies DNR virusams reikšmingą prisitaikymo pranašumą.

Kolekcionieriaus leidimas

Dabartinio tyrimo metu mokslininkai ištyrė platų duomenų rinkinį, įskaitant 461 kryžminį virusą ir 10 kapsidą koduojančių žiedinių genetinių elementų, identifikuojamų iš skirtingų aplinkų ir organizmų, todėl tai buvo pats plačiausias iki šiol atliktas kryžminio viruso sekų tyrimas.

Mėginiai buvo rasti aplinkoje nuo vidutinio klimato ežerų iki amžino įšalo ir pasislėpę organizmuose, įskaitant raudonuosius dumblius ir bestuburius. Tyrime nurodoma, kad stramenopilai / alveolatai / Rhizaria arba SAR supergrupė (įvairi eukariotų sudėtis, įskaitant daug fotosintetinių organizmų) yra tikėtinas kandidatas į šiuos neįprastus virusus, nors tai dar nepatvirtinta.

Išnagrinėję nenumatytą sekų skaičių, mokslininkai sudarė panašius kryžminių virusų baltymų tinklus su susijusiais virusais, kad geriau suprastų susisukusius evoliucijos kelius, galinčius sukelti juos, ir gausų kryžminį virusų savybių apdulkinimą tarp daugelio didelių virusų šeimų. rasti. įskaitant Geminiviridae, Circoviridae, Nanoviridae, Alphasatellitidae, Genomoviridae, Bacilladnaviridae, Smacoviridae ir Redondoviridae.

Lieka įdomių klausimų

Išvados gali suteikti naujų įžvalgų apie ankstyvą RNR, kaip pirminės paveldimos gyvybės molekulės, perėjimą po to, kai buvo priimti sudėtingesni DNR genomai, kurie dominavo gyvenime ląstelių pasaulyje. Krizivirusų egzistavimas ir elgesys rodo, kad virusai vaidino lemiamą vaidmenį šiame svarbiame perėjime, veikdami kaip tam tikrą genomo tiltą tarp RNR ir DNR pasaulių ankstyviausio gyvenimo atsiradimo metu, nors norint ištirti šias galimybes reikia daug daugiau darbo.

Virusai, kurie rekombinuojasi į nesibaigiančias formas, tapo labiausiai pasaulyje paplitusiais biologiniais vienetais, veikiančiais kiekvieną gyvą organizmą ir užimančius kiekvieną ekologinę nišą. Virusai vis dažniau pasireiškia ne tik kaip ligų sukėlėjai, bet ir kaip rūšių evoliucijos varikliai ir kaip svarbūs ekosistemų formavimosi dalyviai.

Platus kryžminių virusų gebėjimas skolintis genominius elementus iš atokiausių virusų sekos erdvės regionų rodo, kad gali atsirasti visiškai naujos virusinės grupės, nors tarp glaudžiai susijusių formų įvyksta vaisingi rekombinacijos įvykiai.

Nuorodos: Ignacio de la Higuera, George W. Kasun, Ellis L. Torrance, Alyssa A. Pratt, Amberlee Maluenda, Jonathan Colombet, Maxime Bisseux, Viviane Ravet, Anisha Dayaram, Daisy Stainton, „Crucivirus Diversity of Mining Metagenomic Data Mining Metagenomic Data“. Simona Kraberger, Peyman Zawar-Reza, Sharyn Goldstien, James V. Briskie, Robyn White, Helen Taylor, Christopher Gomez, David G. Ainley, Jon S. Harding, Rafaela S. Fontenele, Joshua Schreck, Simone G. Ribeiro, Stephen A Oswaldas, Jennifer M. Arnold, François Enault, Arvindas Varsani ir Kennethas M. Stedmanas, 2020 m. Rugsėjo 1 d., mBio.
DOI: 10.1128 / mBio.01410-20

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lauko tyrimai rodo, kad ledas gali kainuoti vėjo jėgaines iki 80% elektros energijos

Mokslininkai nusprendė ištirti šio baldakimu vėjo malūno ledą Kinijos rytuose. Paskola Hui Hui / Ajovos valstybinio universiteto nuotr Tyrėjai...

Pristatome 260 milijonų metų žmogžudystę

Anteozauro reinkarnacija užpuola žolėdį Moschognathus. Autorius: Alexas Bernardini (@SimplexPaleo) Kadangi manyta, kad jis sunkus, lėtas ir vangus, 260 milijonų metų senumo Anteosaurus buvo žiaurus...

Biokuras ir chemijos gamyba iš vaiko paslapčių

San Clemente salos ožka Elway gali daug ko išmokyti apie biologinį apdorojimą. Kreditas: UC Santa Barbara Pradedant biokuru ir kitomis cheminėmis medžiagomis, baigiant metano...

Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. ...

Kiek pavojinga yra nauja SARS-CoV-2 (COVID-19) viruso mutacija?

Darbas Ciklologijos ir imunologijos instituto (IVI) Aukšto saugumo laboratorijoje. Kreditas: © IVI Koks naujas mm pokytis. Balta Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo simptomais...

Newsletter

Subscribe to stay updated.