Misteri i origjinës së viruseve

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Viruset vështirë se jetojnë. Sidoqoftë, origjina dhe evolucioni i tyre janë edhe më pak të kuptuara sesa shfaqja e organizmave qelizorë "normalë". Ende nuk dihet se kush u shfaq më herët, qelizat e para apo viruset e para. Ndoshta ata gjithmonë e kanë shoqëruar jetën, si një hije katastrofike.

Problemi është se viruset nuk janë gjë tjetër veçse fragmente të gjenomit (ADN ose ARN) të mbyllura në një shtresë proteinike. Ata nuk lënë asnjë gjurmë në të dhënat fosile, dhe gjithçka që mbetet për të studiuar të kaluarën e tyre janë viruset moderne dhe gjenomet e tyre.

Duke krahasuar, duke gjetur ngjashmëri dhe dallime, biologët zbulojnë lidhje evolucionare midis viruseve të ndryshëm, përcaktojnë tiparet e tyre më të lashta. Fatkeqësisht, viruset janë jashtëzakonisht të ndryshueshëm dhe të ndryshëm. Mjafton të kujtojmë se gjenomet e tyre mund të përfaqësohen nga zinxhirë jo vetëm të ADN-së (si në vendin tonë dhe, për shembull, viruset e herpesit), por edhe nga një molekulë e lidhur me ARN-në (si te koronaviruset).

Molekula e ADN / ARN-së në viruse mund të jetë e vetme ose e segmentuar në pjesë, lineare (adenoviruse) ose rrethore (polyomaviruse), me një zinxhir (anelloviruse) ose me dy fije (baculoviruse).

Shkenca pamore Virusi i gripit A / H1N1

Strukturat e grimcave virale, veçoritë e ciklit të tyre jetësor dhe karakteristikat e tjera, të cilat mund të përdoren për krahasim të zakonshëm, nuk janë më pak të ndryshme. Ju mund të lexoni më shumë rreth mënyrës sesi shkencëtarët i kapërcejnë këto vështirësi në fund të këtij postimi. Tani për tani, le të kujtojmë se çfarë kanë të përbashkët të gjithë viruset: ata janë të gjithë parazitë. Nuk dihet asnjë virus i vetëm që mund të kryejë metabolizmin vetë, pa përdorur mekanizmat biokimikë të qelizës pritëse.

Asnjë virus nuk përmban ribozome që mund të sintetizojnë proteinat dhe askush nuk mbart sisteme që lejojnë prodhimin e energjisë në formën e molekulave ATP. E gjithë kjo i bën ata të detyrueshëm, domethënë parazitë të pakushtëzuar ndërqelizor: ata nuk janë në gjendje të ekzistojnë më vete.

Nuk është për t'u habitur që, sipas një prej hipotezave të para dhe më të njohura, fillimisht u shfaqën qelizat, dhe vetëm atëherë e gjithë bota e larmishme virale u zhvillua në këtë tokë.

Në mënyrë regresive. Nga komplekse në të thjeshta

Le t'i hedhim një sy rikecisë - gjithashtu parazitët ndërqelizor, megjithëse bakteret. Për më tepër, disa pjesë të gjenomit të tyre janë afër ADN-së, e cila gjendet në mitokondritë e qelizave eukariote, përfshirë njerëzit. Me sa duket, të dy kishin një paraardhës të përbashkët, por themeluesi i "linjës së mitokondrive", duke infektuar qelizën, nuk e vrau atë, por u ruajt aksidentalisht në citoplazmë.

Si rezultat, pasardhësit e këtij bakteri humbën një masë më shumë gjenesh të panevojshme dhe u degraduan në organele qelizore që furnizojnë bujtësit me molekula ATP në këmbim të gjithçkaje tjetër. Hipoteza "regresive" e origjinës së viruseve beson se një degradim i tillë mund t'u ketë ndodhur paraardhësve të tyre: dikur organizma qelizore plotësisht të plota dhe të pavarura, gjatë miliarda viteve të jetës parazitare, ata thjesht humbën gjithçka të tepërt.

Kjo ide e vjetër është ringjallur nga zbulimi i fundit i viruseve gjigantë si pandoraviruset ose mimiviruset. Ato jo vetëm që janë shumë të mëdha (diametri i grimcave të mimivirusit arrin 750 nm - për krahasim, madhësia e virusit të influencës është 80 nm), por ato gjithashtu mbajnë një gjenom jashtëzakonisht të gjatë (1.2 milion lidhje nukleotide në mimivirus kundrejt disa qindra në viruset e zakonshme), duke koduar qindra proteina.

Midis tyre ka edhe proteina të nevojshme për kopjimin dhe "riparimin" (riparimin) e ADN-së, për prodhimin e ARN-së dhe proteinave mesazhere.

Këta parazitë janë shumë më pak të varur nga nikoqirët e tyre dhe origjina e tyre nga paraardhësit e lirë duket shumë më bindëse. Megjithatë, shumë ekspertë besojnë se kjo nuk e zgjidh problemin kryesor - të gjitha gjenet "shtesë" mund të shfaqen nga viruset gjigante më vonë, të huazuara nga pronarët.

Në fund të fundit, është e vështirë të imagjinohet një degradim parazitar që mund të shkojë aq larg dhe të ndikojë edhe në formën e bartësit të kodit gjenetik dhe të çojë në shfaqjen e viruseve ARN. Nuk është për t'u habitur që një hipotezë tjetër për origjinën e viruseve respektohet po aq - krejt e kundërta.

Progresive. Nga e thjeshta në komplekse

Le t'i hedhim një vështrim retroviruseve, gjenomi i të cilëve është një molekulë ARN me një fije floku (për shembull, HIV). Pasi në qelizën pritëse, viruse të tillë përdorin një enzimë të veçantë, transkriptazën e kundërt, duke e shndërruar atë në ADN të dyfishtë të zakonshme, e cila më pas depërton në "të shenjtët e të shenjtëve" të qelizës - në bërthamë.

Këtu hyn në lojë një proteinë tjetër virale, integraza dhe fut gjenet virale në ADN-në e bujtësit. Pastaj enzimat e vetë qelizës fillojnë të punojnë me to: ato prodhojnë ARN të re, sintetizojnë proteinat në bazë të tyre, etj.

Shkenca vizuale Virusi i imunitetit të njeriut (HIV)

Ky mekanizëm i ngjan riprodhimit të elementeve gjenetike të lëvizshme - fragmente të ADN-së që nuk mbajnë informacionin që na nevojitet, por ruhen dhe grumbullohen në gjenomin tonë. Disa prej tyre, retrotranspozonët, madje janë në gjendje të shumohen në të, duke u përhapur me kopje të reja (më shumë se 40 përqind e ADN-së njerëzore përbëhet nga elementë të tillë "junk").

Për këtë, ato mund të përmbajnë fragmente që kodojnë të dy enzimat kryesore - transkriptazën e kundërt dhe integrazën. Në fakt, këta janë retrovirusë pothuajse të gatshëm, pa vetëm një shtresë proteinike. Por përvetësimi i tij është çështje kohe.

Duke u futur në gjenom aty-këtu, elementët gjenetikë të lëvizshëm janë mjaft të aftë për të kapur gjene të reja strehuese. Disa prej tyre mund të jenë të përshtatshme për formimin e kapsideve. Shumë proteina priren të vetë-montohen në struktura më komplekse. Për shembull, proteina ARC, e cila luan një rol të rëndësishëm në funksionimin e neuroneve, paloset spontanisht në formë të lirë në grimca të ngjashme me virusin që mund të mbajnë edhe ARN brenda. Supozohet se inkorporimi i proteinave të tilla mund të ndodhë rreth 20 herë, duke shkaktuar grupe të mëdha moderne virusesh që ndryshojnë në strukturën e mbështjelljes së tyre.

Paralele. Hija e jetës

Megjithatë, hipoteza më e re dhe më premtuese e kthen përsëri gjithçka përmbys, duke supozuar se viruset u shfaqën jo më vonë se qelizat e para. Shumë kohë më parë, kur jeta nuk kishte shkuar ende aq larg, proto-evolucioni i molekulave vetë-përsëritëse, të afta për të kopjuar vetveten, vazhdoi në "supën primordiale".

Gradualisht, sisteme të tilla u bënë më komplekse, duke u shndërruar në komplekse molekulare gjithnjë e më të mëdha. Dhe sapo disa prej tyre fituan aftësinë për të sintetizuar një membranë dhe u bënë protoqeliza, të tjerët - paraardhësit e viruseve - u bënë parazitët e tyre.

Kjo ndodhi në agimin e jetës, shumë kohë përpara ndarjes së baktereve, arkeave dhe eukarioteve. Prandaj, viruset e tyre (dhe shumë të ndryshme) infektojnë përfaqësuesit e të tre fushave të botës së gjallë, dhe midis viruseve mund të ketë kaq shumë ato që përmbajnë ARN: janë ARN-të që konsiderohen molekula "stërgjyshore", vetë-përsëritja dhe evolucioni. prej të cilave çoi në shfaqjen e jetës.

Viruset e para mund të jenë molekula të tilla "agresive" të ARN-së, të cilat vetëm më vonë fituan gjene që kodojnë mbështjelljet e proteinave. Në të vërtetë, është treguar se disa lloje predhash mund të jenë shfaqur edhe përpara paraardhësit të fundit të përbashkët të të gjithë organizmave të gjallë (LUCA).

Megjithatë, evolucioni i viruseve është një zonë edhe më konfuze se evolucioni i gjithë botës së organizmave qelizorë. Ka shumë të ngjarë që, sipas mënyrës së tyre, të tre pikëpamjet për origjinën e tyre të jenë të vërteta. Këta parazitë ndërqelizorë janë aq të thjeshtë dhe në të njëjtën kohë të larmishëm saqë grupe të ndryshme mund të shfaqen në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri, në rrjedhën e proceseve thelbësisht të ndryshme.

Për shembull, të njëjtat viruse gjigante që përmbajnë ADN mund të lindin si rezultat i degradimit të qelizave stërgjyshore, dhe disa retroviruseve që përmbajnë ARN - pasi "fitojnë pavarësinë" nga elementët gjenetikë të lëvizshëm. Por ka mundësi që shfaqjen e këtij kërcënimi të përjetshëm t'ia detyrojmë një mekanizmi krejtësisht të ndryshëm, ende të pazbuluar dhe të panjohur.

Gjenomet dhe gjenet. Si studiohet evolucioni i viruseve

Fatkeqësisht, viruset janë tepër të paqëndrueshëm. Atyre u mungojnë sistemet për riparimin e dëmtimit të ADN-së dhe çdo mutacion mbetet në gjenom, duke iu nënshtruar përzgjedhjes së mëtejshme. Përveç kësaj, viruse të ndryshëm që infektojnë të njëjtën qelizë shkëmbejnë lehtësisht fragmente të ADN-së (ose ARN-së), duke krijuar forma të reja rekombinante.

Së fundi, ndryshimi i brezit ndodh jashtëzakonisht shpejt - për shembull, HIV ka një cikël jetësor prej vetëm 52 orësh dhe është larg nga jeta më e shkurtër. Të gjithë këta faktorë sigurojnë ndryshueshmërinë e shpejtë të viruseve, gjë që e ndërlikon shumë analizën e drejtpërdrejtë të gjenomave të tyre.

Në të njëjtën kohë, pasi hyjnë në një qelizë, viruset shpesh nuk lëshojnë programin e tyre të zakonshëm parazitar - disa janë krijuar në këtë mënyrë, të tjerët për shkak të një dështimi aksidental. Në të njëjtën kohë, ADN-ja e tyre (ose ARN, e konvertuar më parë në ADN) mund të integrohet në kromozomet e bujtësit dhe të fshihet këtu, duke u humbur mes shumë gjeneve të vetë qelizës. Ndonjëherë gjenomi viral riaktivizohet dhe ndonjëherë mbetet në një formë kaq të fshehtë, duke u transmetuar brez pas brezi.

Këto retroviruse endogjene besohet se përbëjnë deri në 5-8 përqind të gjenomit tonë. Ndryshueshmëria e tyre nuk është më aq e madhe - ADN-ja qelizore nuk ndryshon kaq shpejt, dhe cikli jetësor i organizmave shumëqelizorë arrin dhjetëra vjet, jo orë. Prandaj, fragmentet që ruhen në qelizat e tyre janë një burim i vlefshëm informacioni për të kaluarën e viruseve.

Një zonë e veçantë dhe akoma më e re është proteomika e viruseve - studimi i proteinave të tyre. Në fund të fundit, në fund të fundit, çdo gjen është vetëm një kod për një molekulë të caktuar proteine që kërkohet për të kryer funksione të caktuara. Disa "përshtaten" si copa Lego, duke palosur mbështjellësin viral, të tjera mund të lidhin dhe stabilizojnë ARN-në virale, dhe të tjera mund të përdoren për të sulmuar proteinat e një qelize të infektuar.

Vendet aktive të proteinave të tilla janë përgjegjëse për këto funksione dhe struktura e tyre mund të jetë shumë konservatore. Ajo ruan stabilitet të madh gjatë gjithë evolucionit. Edhe pjesët individuale të gjeneve mund të ndryshojnë, por forma e zonës së proteinës, shpërndarja e ngarkesave elektrike në të - gjithçka që është kritike për kryerjen e funksionit të dëshiruar - mbetet pothuajse e njëjtë. Duke i krahasuar ato, mund të gjenden lidhjet më të largëta evolucionare.