Νέοι γιγάντιοι ιοί θολώνουν περαιτέρω τον ορισμό της ζωής
Για δεκαετίες, οι περιγραφές των ιών έχουν κατακλύσει τη ζωή και τη μη ζωή, ένα χάσμα που συνήθως δεν είναι δύσκολο να πλοηγηθεί κανείς. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματά τους, δηλαδή το μικρό τους μέγεθος, τα μικροσκοπικά γονιδιώματα και η παρασιτική εξάρτηση από κυτταρικούς ξενιστές για αντιγραφή, τα ξεχωρίζουν από όλα τα άλλα έμβια όντα παρά την εμψύχωσή τους. Αλλά αυτή η ιστορία έχει γίνει πολύ πιο αινιγματική — ιδιαίτερα μετά την ανακάλυψη του πρώτου γιγαντιαίου ιού το 2003, ο οποίος ήταν τόσο μεγάλος που οι ερευνητές αρχικά νόμιζαν ότι επρόκειτο για βακτήριο.
Πολλές οικογένειες γιγάντιων ιών είναι πλέον γνωστές, και μερικοί από αυτούς τους γίγαντες έχουν περισσότερα από 1.000 γονίδια. το ένα έχει 2.500. (Συγκριτικά, ορισμένοι μικροί ιοί έχουν μόνο τέσσερα γονίδια.) Μεταξύ αυτών των γονιδίων είναι και αυτά που εμπλέκονται στη μετάφραση, τη σύνθεση πρωτεϊνών - ένα εύρημα που προκάλεσε σοκ. «Φαίνεται ότι οι γιγάντιοι ιοί είναι τόσο περίπλοκοι όσο και οι ζωντανοί οργανισμοί», δήλωσε η Chantal Abergel, εξελικτική βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Aix-Marseille στη Γαλλία.
Αυτό το συμπέρασμα ενισχύθηκε την περασμένη εβδομάδα όταν οι επιστήμονες ανέφεραν στο Nature Communications ότι είχαν βρει δύο νέους γιγάντιους ιούς που μολύνουν αμοιβάδες στη Βραζιλία, τους οποίους ονόμασαν tupanviruses (από τον Tupã, έναν θεό των κεραυνών των κατοίκων της περιοχής). Οι ιοί Tupan είναι εντυπωσιακοί, και όχι μόνο επειδή έχουν μακριές ουρές:Έχουν το πιο πλήρες σύνολο γονιδίων που σχετίζονται με τη μετάφραση που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων και για τα 20 ένζυμα που καθορίζουν την ειδικότητα του γενετικού κώδικα. Τα μόνα συστατικά που τους λείπουν είναι τα ριβοσωματικά γονίδια πλήρους μήκους. Πρέπει να ελεγχθεί εάν όλα αυτά τα στοιχεία λειτουργούν πραγματικά.
Οι ιοί Tupan δεν είναι μοναδικοί:Πέρυσι, για παράδειγμα, οι ερευνητές δημοσίευσαν μια ανάλυση μιας διαφορετικής ομάδας νέων γιγάντιων ιών που ονομάζονται klosneuviruses, που ομοίως αποδείχθηκε ότι κωδικοποιούν μια εκτεταμένη συσκευή παραγωγής πρωτεϊνών. "Είναι αξιοσημείωτο ότι οι ιοί φαίνεται να αναμειγνύονται τόσο εκτενώς στον μεταφραστικό τομέα", δήλωσε ο Matthias Fischer, ιολόγος στο Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας Max Planck στη Γερμανία, ο οποίος δεν συμμετείχε σε καμία από τις δύο μελέτες.
Αυτή η ανάμειξη έχει πυροδοτήσει αμφιλεγόμενη συζήτηση μεταξύ των επιστημόνων σχετικά με το πότε και πώς εξελίχθηκαν οι γιγάντιοι ιοί. Όλη η εξέλιξη του ιού είναι θολή:Διαφορετικές ομάδες ιών πιθανότατα είχαν πολύ διαφορετική προέλευση. Μερικοί μπορεί να ήταν εκφυλισμένοι «δραπέτες» από κυτταρικά γονιδιώματα, ενώ άλλοι προήλθαν απευθείας από την αρχέγονη σούπα. «Άλλοι πάλι έχουν ανασυνδυάσει και ανταλλάξει γονίδια τόσες φορές κατά τη διάρκεια της εξέλιξης που δεν θα μάθουμε ποτέ από πού προήλθαν αρχικά», είπε ο Fischer.
Ως παραδείγματα αυτής της ποικιλομορφίας, οι γιγάντιοι ιοί θα μπορούσαν να βοηθήσουν να διαφωτιστεί περισσότερο για το πώς λειτουργούν και εξελίσσονται οι ιοί. Αλλά ακόμη και η δική τους προέλευση και η εξελικτική πορεία τους είναι άστατη. Η μία πλευρά υποστηρίζει ότι οι γιγάντιοι ιοί εξελίχθηκαν από μικρότερους ιούς σε διάστημα 2 δισεκατομμυρίων ετών με την προσθήκη γονιδίων, μέσω διαδικασιών όπως η οριζόντια μεταφορά γονιδίων και ο διπλασιασμός γονιδίων. Ο άλλος υποστηρίζει ότι οι ιοί ξεκίνησαν μεγάλοι από την αρχή — και μπορεί ακόμη και να ήταν αυτόνομοι οργανισμοί — πριν χάσουν τα γονίδια που δεν χρειάζονταν πλέον και διαφοροποιηθούν στα στελέχη που βλέπουμε σήμερα.
Ο λόγος για τη διάσπαση έγκειται στο γεγονός ότι ορισμένα από τα γονίδια των γιγάντιων ιών σχετίζονται με αυτά που βρίσκονται σε άλλους κυτταρικούς οργανισμούς - αρχαία, βακτήρια και ευκαρυώτες - στο δέντρο της ζωής, ενώ άλλα φαίνεται να είναι εντελώς διαφορετικά από οτιδήποτε άλλο έχει καταγραφεί. . Το 30 τοις εκατό του γονιδιώματος του ιού tupan εμπίπτει στην τελευταία κατηγορία και σε άλλους ιούς αυτό το κλάσμα είναι ακόμη μεγαλύτερο.
«Ο ιός Tupan, όπως με τους περισσότερους γιγάντιους ιούς, φέρνει περισσότερες ερωτήσεις παρά απαντήσεις», δήλωσε ο Jônatas Abrahão, μικροβιολόγος στο Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Minas Gerais στη Βραζιλία και ο κύριος συγγραφέας του Nature Communications μελέτη. "Η ανακάλυψή του θα τροφοδοτήσει περαιτέρω συζήτηση σχετικά με την προέλευση των γιγάντιων ιών και πώς αυτή η εξέλιξη οδήγησε τις σχέσεις μεταξύ των ιών και των ξενιστών τους."
Εάν όλοι οι γιγάντιοι ιοί αποδεικνύεται ότι μοιράζονται γονίδια που σχετίζονται με τη μετάφραση που είναι μοναδικά για την ομάδα τους, τότε αυτό θα σήμαινε ότι είχαν έναν μεγάλο κοινό πρόγονο, έναν αρχαίο ιό που διαφοροποιήθηκε με την πάροδο του χρόνου και θα υποστήριζε την ιδέα ότι ξεκίνησαν οι γιγάντιοι ιοί είναι μεγάλα και αποτελούν τον δικό τους τομέα ζωής.
Η Abergel δεν πιστεύει ότι θα έπρεπε να είναι το δικό τους υποκατάστημα, αλλά «νομίζω ότι οι ιοί ήταν ήδη μεγάλα, πολύπλοκα συστήματα από την αρχή», είπε. Κατά την άποψή της, η προέλευση της ζωής ήταν μάρτυρας συνεξέλιξης πρωτοκυττάρων που χρησιμοποιούσαν διαφορετικές στρατηγικές επιβίωσης. Τελικά, οι πρόγονοι των κυττάρων ήταν αυτοί που αναδείχθηκαν κυρίαρχοι, εξοπλισμένοι με πλήρως λειτουργικό μεταφραστικό μηχανισμό, αναγκάζοντας τους «χαμένους της εξέλιξης» -τους προγόνους των γιγάντιων ιών- να γίνουν παρασιτικοί για να αποφύγουν να εξαφανιστούν πλήρως. Οι ιοί Tupan και άλλοι έχουν τόσα πολλά γονίδια που εμπλέκονται στη δημιουργία πρωτεϊνών σήμερα λόγω αυτής της συνεξελικτικής διαδικασίας, είπε ο Abergel.
Αντί όμως να βρούμε γονίδια και πρωτεΐνες με την ίδια εξελικτική ιστορία, «λαμβάνουμε μια μικτή εικόνα», είπε ο Φίσερ. Μια χούφτα από τα συστατικά μετάφρασης είναι ευρέως διαδεδομένα μεταξύ των γιγάντιων ιών, αλλά πολλά είναι παρόντα μόνο σε λίγους και σχετίζονται στενά με αλληλουχίες που βρίσκονται σε ευκαρυώτες. Αυτό σημαίνει ότι οι ιοί θα μπορούσαν να ξεκίνησαν από μικρά - πιθανότατα ως κινητά γενετικά στοιχεία, όπως υποστήριξαν το 2014 ο Eugene Koonin, βιολόγος στο Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών στο Μέριλαντ, και ο Mart Krupovic, μικροβιολόγος στο Ινστιτούτο Παστέρ στη Γαλλία. Στη συνέχεια, με την πάροδο του χρόνου, καθώς μόλυναν διαφορετικούς ξενιστές, οι ιοί θα είχαν πάρει νέα γονίδια και θα τα είχαν ενσωματώσει στο μεταφραστικό τους ρεπερτόριο.
Έρευνα που δημοσιεύτηκε στον επιστημονικό ιστότοπο προεκτύπωσης biorxiv πέρυσι υποστηρίζει αυτήν την άποψη. Οι επιστήμονες που μελετούν έναν διαφορετικό τύπο γιγάντιου ιού ανακάλυψαν «μηχανή μετάφρασης που φαίνεται να βρίσκεται σε κατάσταση ανανέωσης», δήλωσε ο Christoph Deeg, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας και κύριος συγγραφέας της εργασίας. Ο ιός φαινόταν να χάνει μερικά από τα γονίδιά του καθώς προσαρμόστηκε σε έναν ξενιστή που χρησιμοποιούσε διαφορετική συσκευή μετάφρασης. Επιπλέον, το γονιδίωμά του στο σύνολό του έδειξε σημαντικό διπλασιασμό και επέκταση γονιδίων. «Αυτό δείχνει πώς αυτοί οι ιοί έγιναν τόσο μεγάλοι», είπε ο Deeg, «κάτι που υποστηρίζει την ιδέα ότι ο μηχανισμός μετάφρασης συλλέχθηκε από το εξωτερικό και όχι από το ότι ήταν μέρος κάποιου αρχικού τέταρτου τομέα».
Προς το παρόν, οι tupanviruses παρέχουν μόνο ένα ακόμη κομμάτι στο παζλ, βοηθώντας στη βελτίωση των σχέσεων μεταξύ των γιγάντιων ιών. Για περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με την εξέλιξή τους, οι ερευνητές θα χρειαστεί να αναλύσουν τα γονίδια που σχετίζονται με τη μετάφραση για να προσδιορίσουν ποια από αυτά είναι ενεργά, τι κάνουν και ποια είναι απαραίτητα για την επιτυχή αναπαραγωγή των ιών. "Αυτό που είναι τόσο εκπληκτικό είναι ότι είναι κάτι που μπορούν πραγματικά να αρχίσουν να δοκιμάζουν στο εργαστήριο", δήλωσε ο Frederik Schulz, ερευνητής στο Τμήμα Ενέργειας Joint Genome Institute στην Καλιφόρνια και κύριος συγγραφέας της περσινής εργασίας klosneuvirus.
Στο μεταξύ, η ταξινόμηση των ιών παραμένει ασαφής. Οι ιοί Tupan φαίνεται να εξαρτώνται από τους ξενιστές τους για πολύ λίγο, και άλλοι ιοί, σύμφωνα με μια προεκτύπωση, κωδικοποιούν ακόμη και ριβοσωμικές πρωτεΐνες. «Το χάσμα μεταξύ των κυτταρικών οργανισμών και των ιών αρχίζει να κλείνει», είπε ο Deeg. «Τι είναι αυτό που μας φέρνει πίσω στο:Τι είναι ο ιός και τι είναι η ζωή;»
