Վիրուսների ծագման առեղծվածը

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Վիրուսները հազիվ թե կենդանի լինեն։ Այնուամենայնիվ, դրանց ծագումն ու էվոլյուցիան նույնիսկ ավելի քիչ են հասկացվում, քան «նորմալ» բջջային օրգանիզմների առաջացումը: Դեռևս հայտնի չէ, թե ովքեր են հայտնվել ավելի վաղ՝ առաջին բջիջները, թե՞ առաջին վիրուսները։ Երևի նրանք միշտ ուղեկցել են կյանքին, ինչպես աղետալի ստվեր։

Խնդիրն այն է, որ վիրուսները ոչ այլ ինչ են, քան գենոմի բեկորներ (ԴՆԹ կամ ՌՆԹ), որոնք փակված են սպիտակուցային ծածկույթի մեջ: Նրանք ոչ մի հետք չեն թողնում բրածոների մեջ, և մնում է միայն ուսումնասիրել նրանց անցյալը ժամանակակից վիրուսներն ու նրանց գենոմները:

Համեմատելով, գտնելով նմանություններ և տարբերություններ՝ կենսաբանները հայտնաբերում են էվոլյուցիոն կապեր տարբեր վիրուսների միջև, որոշում նրանց ամենահին առանձնահատկությունները։ Ցավոք, վիրուսները անսովոր փոփոխական են և բազմազան: Բավական է հիշել, որ նրանց գենոմները կարող են ներկայացվել ոչ միայն ԴՆԹ-ի շղթաներով (ինչպես մեզ մոտ և, օրինակ, հերպեսի վիրուսները), այլև հարակից ՌՆԹ մոլեկուլով (ինչպես կորոնավիրուսներում):

Վիրուսներում ԴՆԹ/ՌՆԹ մոլեկուլը կարող է լինել միայնակ կամ հատվածավորված մասերի, գծային (ադենովիրուսներ) կամ շրջանաձև (պոլիոմավիրուսներ), միաշղթա (անելլովիրուսներ) կամ երկշղթա (բակուլովիրուսներ):

Տեսողական գիտություն Գրիպի A / H1N1 վիրուս

Պակաս բազմազան չեն վիրուսային մասնիկների կառուցվածքները, դրանց կենսացիկլի առանձնահատկությունները և այլ բնութագրերը, որոնք կարելի է օգտագործել սովորական համեմատության համար։ Դուք կարող եք ավելին կարդալ այն մասին, թե ինչպես են գիտնականները հաղթահարում այս դժվարությունները այս գրառման վերջում: Առայժմ հիշենք, թե ինչ ընդհանուր բան ունի բոլոր վիրուսները՝ նրանք բոլորը մակաբույծներ են: Հայտնի չէ ոչ մի վիրուս, որը կարող է ինքնուրույն իրականացնել նյութափոխանակությունը՝ առանց հյուրընկալող բջջի կենսաքիմիական մեխանիզմների օգտագործման։

Ոչ մի վիրուս չի պարունակում ռիբոսոմներ, որոնք կարող են սինթեզել սպիտակուցներ, և ոչ ոք չունի համակարգեր, որոնք թույլ են տալիս էներգիա արտադրել ATP մոլեկուլների տեսքով: Այս ամենը ստիպում է նրանց պարտավորեցնել, այսինքն՝ անվերապահ ներբջջային մակաբույծներ. նրանք ի վիճակի չեն ինքնուրույն գոյություն ունենալ։

Զարմանալի չէ, որ, ըստ առաջին և ամենահայտնի վարկածներից մեկի, սկզբում հայտնվեցին բջիջները, և միայն դրանից հետո այս հողի վրա զարգացավ ամբողջ բազմազան վիրուսային աշխարհը:

Հետընթաց. Բարդությունից մինչև պարզ

Եկեք նայենք ռիկետսիային՝ նաև ներբջջային մակաբույծներին, թեև բակտերիաներին: Ավելին, նրանց գենոմի որոշ մասեր մոտ են ԴՆԹ-ին, որը պարունակվում է էուկարիոտիկ բջիջների, այդ թվում՝ մարդկանց միտոքոնդրիումներում։ Ըստ երևույթին, նրանք երկուսն էլ ընդհանուր նախահայր ունեին, բայց «միտոքոնդրիաների գծի» հիմնադիրը, վարակելով բջիջը, ոչ թե սպանեց այն, այլ պատահաբար պահպանվեց ցիտոպլազմայում։

Արդյունքում, այս մանրէի հետնորդները կորցրին ավելի անհարկի գեների զանգված և դեգրադացվեցին դեպի բջջային օրգանելներ, որոնք հյուրընկալողներին մատակարարում են ATP մոլեկուլներ՝ մնացած ամեն ինչի դիմաց: Վիրուսների ծագման «ռեգրեսիվ» վարկածը կարծում է, որ նման դեգրադացիա կարող էր տեղի ունենալ նրանց նախնիների հետ. մի ժամանակ լիովին լիարժեք և անկախ բջջային օրգանիզմներ, միլիարդավոր տարիների մակաբույծ կյանքի ընթացքում, նրանք պարզապես կորցրին ամեն ավելորդ բան:

Այս հին գաղափարը վերածնվել է հսկա վիրուսների վերջին հայտնաբերմամբ, ինչպիսիք են պանդորավիրուսները կամ միմիվիրուսները: Դրանք ոչ միայն շատ մեծ են (միմիվիրուսի մասնիկների տրամագիծը հասնում է 750 նմ-ի, համեմատության համար գրիպի վիրուսի չափը 80 նմ է), այլ նաև կրում են չափազանց երկար գենոմ (1,2 միլիոն նուկլեոտիդային կապ միմիվիրուսում՝ մի քանի հարյուրի դիմաց։ սովորական վիրուսներ), որոնք կոդավորում են հարյուրավոր սպիտակուցներ:

Դրանց թվում կան նաև սպիտակուցներ, որոնք անհրաժեշտ են ԴՆԹ-ի պատճենման և «վերանորոգման» (նորոգման), հաղորդագրող ՌՆԹ-ի և սպիտակուցների արտադրության համար։

Այս մակաբույծները շատ ավելի քիչ կախված են իրենց տանտերերից, և նրանց ծագումն ազատ ապրող նախնիներից շատ ավելի համոզիչ է թվում: Այնուամենայնիվ, շատ փորձագետներ կարծում են, որ դա չի լուծում հիմնական խնդիրը՝ բոլոր «լրացուցիչ» գեները կարող են հետագայում հայտնվել հսկա վիրուսներից՝ փոխառված սեփականատերերից։

Ի վերջո, դժվար է պատկերացնել մակաբուծական դեգրադացիա, որը կարող է այդքան հեռու գնալ և ազդել նույնիսկ գենետիկ կոդի կրողի ձևի վրա և հանգեցնել ՌՆԹ վիրուսների առաջացման: Զարմանալի չէ, որ վիրուսների ծագման մեկ այլ վարկածը հավասարապես հարգվում է` լրիվ հակառակը:

Առաջադիմական. Պարզից մինչև բարդ

Եկեք նայենք ռետրովիրուսներին, որոնց գենոմը միաշղթա ՌՆԹ մոլեկուլ է (օրինակ՝ ՄԻԱՎ): Հյուրընկալող բջիջում հայտնվելով՝ նման վիրուսները օգտագործում են հատուկ ֆերմենտ՝ հակադարձ տրանսկրիպտազը՝ այն վերածելով սովորական կրկնակի ԴՆԹ-ի, որն այնուհետև ներթափանցում է բջջի «սրբությունների սրբավայր»՝ միջուկ:

Սա այն վայրն է, որտեղ մեկ այլ վիրուսային սպիտակուց՝ ինտեգրազը, հայտնվում է խաղի մեջ և վիրուսային գեները ներդնում հյուրընկալողի ԴՆԹ-ում: Այնուհետև բջջի սեփական ֆերմենտները սկսում են աշխատել նրանց հետ՝ նրանք արտադրում են նոր ՌՆԹ, սինթեզում սպիտակուցներ դրանց հիման վրա և այլն։

Տեսողական գիտություն Մարդու իմունային անբավարարության վիրուս (ՄԻԱՎ)

Այս մեխանիզմը հիշեցնում է շարժական գենետիկ տարրերի՝ ԴՆԹ-ի բեկորների վերարտադրությունը, որոնք չեն կրում մեզ անհրաժեշտ տեղեկատվությունը, բայց պահվում և կուտակվում են մեր գենոմում: Դրանցից մի քանիսը` ռետրոտրանսպոզոնները, նույնիսկ ընդունակ են բազմանալ դրանում` տարածվելով նոր կրկնօրինակներով (մարդկային ԴՆԹ-ի ավելի քան 40 տոկոսը բաղկացած է նման «աղբային» տարրերից):

Դրա համար դրանք կարող են պարունակել բեկորներ, որոնք կոդավորում են երկու հիմնական ֆերմենտները՝ հակադարձ տրանսկրիպտազը և ինտեգրազը: Իրականում դրանք գրեթե պատրաստի ռետրովիրուսներ են՝ զուրկ միայն սպիտակուցային շերտից։ Բայց դրա ձեռքբերումը ժամանակի հարց է։

Ներառելով գենոմի մեջ տեղ-տեղ՝ շարժական գենետիկ տարրերը բավականին ընդունակ են նոր ընդունող գեներ որսալու: Նրանցից ոմանք կարող են հարմար լինել կապսիդների ձևավորման համար: Շատ սպիտակուցներ հակված են ինքնակազմակերպվել ավելի բարդ կառուցվածքների: Օրինակ, ARC սպիտակուցը, որը կարևոր դեր է խաղում նեյրոնների աշխատանքի մեջ, ինքնաբերաբար ազատ ձևով ծալվում է վիրուսանման մասնիկների, որոնք կարող են նույնիսկ ներսում ՌՆԹ կրել: Ենթադրվում է, որ նման սպիտակուցների միացումը կարող է տեղի ունենալ մոտ 20 անգամ՝ առաջացնելով ժամանակակից վիրուսների մեծ խմբեր, որոնք տարբերվում են իրենց ծրարի կառուցվածքով:

Զուգահեռ. Կյանքի ստվեր

Այնուամենայնիվ, ամենաերիտասարդ և ամենախոստումնալից վարկածը նորից ամեն ինչ շուռ է տալիս՝ ենթադրելով, որ վիրուսները հայտնվել են առաջին բջիջներից ոչ ուշ։ Շատ վաղուց, երբ կյանքը դեռ այդքան հեռու չէր գնացել, «նախնական ապուրի» մեջ ընթացավ ինքնակրկնօրինակվող մոլեկուլների նախաէվոլյուցիան, որոնք կարող էին կրկնօրինակել իրենց։

Աստիճանաբար նման համակարգերը բարդացան՝ վերածվելով ավելի ու ավելի մեծ մոլեկուլային համալիրների։ Եվ հենց որ նրանցից ոմանք ձեռք բերեցին թաղանթ սինթեզելու ունակություն և դարձան նախաբջիջներ, մյուսները՝ վիրուսների նախնիները, դարձան նրանց մակաբույծները։

Դա տեղի է ունեցել կյանքի արշալույսին, բակտերիաների, արխեայի և էուկարիոտների բաժանումից շատ առաջ: Հետևաբար, նրանց (և շատ տարբեր) վիրուսները վարակում են կենդանի աշխարհի բոլոր երեք տիրույթների ներկայացուցիչներին, և վիրուսների թվում կարող են լինել այնքան ՌՆԹ պարունակողներ. հենց ՌՆԹ-ներն են համարվում «նախնյաց» մոլեկուլներ, ինքնակրկնօրինակում և էվոլյուցիա։ որոնցից հանգեցրեց կյանքի առաջացմանը։

Առաջին վիրուսները կարող էին լինել այնպիսի «ագրեսիվ» ՌՆԹ մոլեկուլներ, որոնք միայն ավելի ուշ ձեռք բերեցին սպիտակուցային ծրարները կոդավորող գեներ։ Իրոք, ցույց է տրվել, որ խեցիների որոշ տեսակներ կարող են հայտնվել նույնիսկ բոլոր կենդանի օրգանիզմների վերջին ընդհանուր նախնուց առաջ (LUCA):

Այնուամենայնիվ, վիրուսների էվոլյուցիան նույնիսկ ավելի շփոթեցնող տարածք է, քան բջջային օրգանիզմների ամբողջ աշխարհի էվոլյուցիան: Շատ հավանական է, որ յուրովի, իրենց ծագման վերաբերյալ երեք տեսակետներն էլ ճշմարիտ են։Այս ներբջջային մակաբույծներն այնքան պարզ են և միևնույն ժամանակ բազմազան, որ տարբեր խմբեր կարող են հայտնվել միմյանցից անկախ՝ սկզբունքորեն տարբեր գործընթացների ընթացքում։

Օրինակ, նույն հսկա ԴՆԹ պարունակող վիրուսները կարող են առաջանալ նախնիների բջիջների քայքայման արդյունքում, իսկ որոշ ՌՆԹ պարունակող ռետրովիրուսներ՝ շարժական գենետիկ տարրերի կողմից «անկախություն ձեռք բերելուց» հետո: Բայց հնարավոր է, որ այս հավերժական սպառնալիքի ի հայտ գալը մենք պարտական ենք բոլորովին այլ՝ դեռ չբացահայտված ու անհայտ մեխանիզմի։

Գենոմներ և գեներ. Ինչպես է ուսումնասիրվում վիրուսների էվոլյուցիան

Ցավոք, վիրուսները աներևակայելի անկայուն են: Նրանք չունեն ԴՆԹ-ի վնասը վերականգնելու համակարգեր, և ցանկացած մուտացիա մնում է գենոմում՝ ենթակա հետագա ընտրության: Բացի այդ, տարբեր վիրուսներ, որոնք վարակում են նույն բջիջը, հեշտությամբ փոխանակում են ԴՆԹ (կամ ՌՆԹ) բեկորները՝ առաջացնելով նոր ռեկոմբինանտ ձևեր։

Վերջապես, սերնդափոխությունը տեղի է ունենում անսովոր արագ. օրինակ, ՄԻԱՎ-ի կյանքի ցիկլը տևում է ընդամենը 52 ժամ, և այն հեռու է ամենակարճ կյանքից: Այս բոլոր գործոնները ապահովում են վիրուսների արագ փոփոխականությունը, ինչը մեծապես բարդացնում է նրանց գենոմների ուղղակի վերլուծությունը։

Միևնույն ժամանակ, բջիջում հայտնվելուց հետո վիրուսները հաճախ չեն գործարկում իրենց սովորական մակաբուծական ծրագիրը. ոմանք նախագծված են այսպես, մյուսները՝ պատահական ձախողման պատճառով: Միևնույն ժամանակ, նրանց ԴՆԹ-ն (կամ ՌՆԹ-ն, որը նախկինում վերածվել էր ԴՆԹ-ի) կարող է ինտեգրվել հյուրընկալողի քրոմոսոմներին և թաքնվել այստեղ՝ կորցնելով հենց բջջի բազմաթիվ գեների մեջ: Երբեմն վիրուսի գենոմը նորից ակտիվանում է, իսկ երբեմն էլ մնում է նման լատենտ վիճակում՝ փոխանցվելով սերնդեսերունդ։

Ենթադրվում է, որ այս էնդոգեն ռետրովիրուսները կազմում են մեր սեփական գենոմի մինչև 5-8 տոկոսը: Նրանց փոփոխականությունն այլևս այնքան էլ մեծ չէ՝ բջջային ԴՆԹ-ն այդքան արագ չի փոխվում, և բազմաբջիջ օրգանիզմների կյանքի ցիկլը հասնում է տասնյակ տարիների, ոչ թե ժամերի: Հետեւաբար, բեկորները, որոնք պահվում են իրենց բջիջներում, արժեքավոր տեղեկատվության աղբյուր են վիրուսների անցյալի մասին:

Առանձին և նույնիսկ ավելի երիտասարդ տարածք է վիրուսների պրոտեոմիկան՝ դրանց սպիտակուցների ուսումնասիրությունը։ Ի վերջո, ի վերջո, ցանկացած գեն ընդամենը սպիտակուցի որոշակի մոլեկուլի կոդը է, որն անհրաժեշտ է որոշակի գործառույթներ իրականացնելու համար: Որոշ «տեղավորվում» են Լեգոյի կտորների նման՝ ծալելով վիրուսի ծրարը, մյուսները կարող են կապել և կայունացնել վիրուսային ՌՆԹ-ն, իսկ մյուսները կարող են օգտագործվել վարակված բջջի սպիտակուցների վրա հարձակվելու համար:

Նման սպիտակուցների ակտիվ վայրերը պատասխանատու են այդ գործառույթների համար, և դրանց կառուցվածքը կարող է շատ պահպանողական լինել: Այն պահպանում է մեծ կայունություն էվոլյուցիայի ընթացքում: Նույնիսկ գեների առանձին մասերը կարող են փոխվել, բայց սպիտակուցի տեղանքի ձևը, դրա մեջ էլեկտրական լիցքերի բաշխվածությունը՝ այն ամենը, ինչ կարևոր է ցանկալի ֆունկցիայի կատարման համար, մնում է գրեթե նույնը: Նրանց համեմատելով՝ կարելի է գտնել ամենահեռավոր էվոլյուցիոն կապերը։