Viruslarning kelib chiqishi sirlari

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Viruslar deyarli tirik emas. Biroq, ularning kelib chiqishi va evolyutsiyasi "normal" hujayrali organizmlarning paydo bo'lishidan ko'ra kamroq tushuniladi. Ilgari kim paydo bo'lganligi, birinchi hujayralar yoki birinchi viruslar hali ham noma'lum. Ehtimol, ular har doim halokatli soya kabi hayotga hamroh bo'lgan.

Muammo shundaki, viruslar genomning (DNK yoki RNK) oqsil qobig'iga o'ralgan qismlaridan boshqa narsa emas. Ular qazilma qoldiqlarida hech qanday iz qoldirmaydi va ularning o'tmishini o'rganish uchun faqat zamonaviy viruslar va ularning genomlari qoladi.

Taqqoslash, o'xshashlik va farqlarni topish, biologlar turli viruslar o'rtasidagi evolyutsion aloqalarni aniqlaydilar, ularning eng qadimgi xususiyatlarini aniqlaydilar. Afsuski, viruslar juda o'zgaruvchan va xilma-xildir. Ularning genomlari nafaqat DNK zanjirlari (mamlakatimizda va, masalan, gerpes viruslari), balki tegishli RNK molekulasi (koronaviruslarda bo'lgani kabi) bilan ham ifodalanishi mumkinligini eslash kifoya.

Viruslardagi DNK/RNK molekulasi bitta yoki qismlarga bo'lingan, chiziqli (adenoviruslar) yoki doiraviy (poliomaviruslar), bir zanjirli (anelloviruslar) yoki ikki zanjirli (baculoviruslar) bo'lishi mumkin.

Vizual fan Gripp A / H1N1 virusi

Virusli zarrachalarning tuzilmalari, ularning hayot aylanishining o'ziga xos xususiyatlari va oddiy taqqoslash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan boshqa xususiyatlar ham kam xilma-xildir. Olimlar ushbu qiyinchiliklarni qanday engib o'tishlari haqida ushbu postning oxirida o'qishingiz mumkin. Hozircha, keling, barcha viruslarning umumiy xususiyati nimada ekanligini eslaylik: ularning barchasi parazitdir. Xost hujayraning biokimyoviy mexanizmlaridan foydalanmasdan o'z-o'zidan metabolizmni amalga oshiradigan biron bir virus ma'lum emas.

Hech bir virus oqsillarni sintez qila oladigan ribosomalarni o'z ichiga olmaydi va hech kim ATP molekulalari shaklida energiya ishlab chiqarishga imkon beruvchi tizimlarni olib yurmaydi. Bularning barchasi ularni majburiy, ya'ni shartsiz hujayra ichidagi parazitlarga aylantiradi: ular o'z-o'zidan mavjud bo'lolmaydi.

Birinchi va eng mashhur farazlardan biriga ko'ra, birinchi navbatda hujayralar paydo bo'lganligi ajablanarli emas va shundan keyingina bu tuproqda butun xilma-xil virusli dunyo paydo bo'lgan.

Regressiv tarzda. Murakkabdan oddiygacha

Keling, rikketsiyani ko'rib chiqaylik - bakteriyalar bo'lsa ham hujayra ichidagi parazitlar. Bundan tashqari, ularning genomining ba'zi qismlari eukaryotik hujayralar, shu jumladan odamlarning mitoxondriyalarida joylashgan DNKga yaqin. Ko'rinishidan, ularning ikkalasi ham umumiy ajdodga ega bo'lgan, ammo hujayrani yuqtirgan "mitoxondriya chizig'i" ning asoschisi uni o'ldirmagan, balki tasodifan sitoplazmada saqlanib qolgan.

Natijada, bu bakteriyaning avlodlari ko'proq keraksiz genlar massasini yo'qotdi va boshqa hamma narsa evaziga xostlarni ATP molekulalari bilan ta'minlaydigan hujayra organellalariga aylandi. Viruslarning kelib chiqishi haqidagi "regressiv" gipoteza bunday tanazzul ularning ajdodlari bilan sodir bo'lishi mumkinligiga ishonadi: bir vaqtlar to'liq va mustaqil hujayrali organizmlar, milliardlab yillik parazit hayot davomida ular ortiqcha narsalarni yo'qotdilar.

Bu eski fikr pandoraviruslar yoki mimiviruslar kabi gigant viruslarning yaqinda kashf qilinishi bilan qayta tiklandi. Ular nafaqat juda katta (mimivirusning zarrachalari diametri 750 nm ga etadi - taqqoslash uchun, gripp virusining o'lchami 80 nm), balki ular juda uzun genomga ega (mimivirusda 1,2 million nukleotid bog'lanishlari bir necha yuzlab viruslarga nisbatan). umumiy viruslar), yuzlab oqsillarni kodlaydi.

Ular orasida DNKni nusxalash va "ta'mirlash" (ta'mirlash), messenjer RNK va oqsillarni ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan oqsillar ham mavjud.

Bu parazitlar o'z xo'jayinlariga kamroq bog'liq va ularning kelib chiqishi erkin ajdodlardan ekanligi ancha ishonchli ko'rinadi. Biroq, ko'plab mutaxassislar bu asosiy muammoni hal qilmaydi, deb hisoblashadi - barcha "qo'shimcha" genlar keyinchalik egalaridan qarzga olingan ulkan viruslardan paydo bo'lishi mumkin.

Axir, parazitar degradatsiyani tasavvur qilish qiyin, bu uzoqqa borishi va hatto genetik kodning tashuvchisi shakliga ta'sir qilishi va RNK viruslarining paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin. Viruslarning kelib chiqishi haqidagi yana bir gipoteza ham bir xil darajada hurmat qilinishi ajablanarli emas - bu mutlaqo teskari.

Progressiv. Oddiydan murakkabgacha

Keling, genomi bir zanjirli RNK molekulasi (masalan, OIV) bo'lgan retroviruslarni ko'rib chiqaylik. Xost hujayrasida bir marta bunday viruslar maxsus ferment, teskari transkriptazadan foydalanadi, uni oddiy juft DNKga aylantiradi, so'ngra hujayraning "muqaddaslari" ga - yadroga kiradi.

Bu erda boshqa virusli oqsil - integraza paydo bo'ladi va virus genlarini xostning DNKsiga kiritadi. Keyin hujayraning o'z fermentlari ular bilan ishlay boshlaydi: ular yangi RNK hosil qiladi, ular asosida oqsillarni sintez qiladi va hokazo.

Vizual fan Inson immunitet tanqisligi virusi (OIV)

Bu mexanizm mobil genetik elementlarning ko'payishiga o'xshaydi - biz kerakli ma'lumotlarni olib yurmaydigan, ammo genomimizda saqlanadigan va to'plangan DNK parchalari. Ulardan ba'zilari, retrotranspozonlar, hatto unda ko'payish, yangi nusxalar bilan tarqalish qobiliyatiga ega (inson DNKsining 40 foizdan ko'prog'i bunday "axlat" elementlardan iborat).

Buning uchun ular ikkala asosiy fermentni - teskari transkriptaza va integrazani kodlaydigan fragmentlarni o'z ichiga olishi mumkin. Aslida, bu deyarli tayyor retroviruslar bo'lib, faqat oqsil qatlamidan mahrum. Ammo uni sotib olish vaqt masalasidir.

Bu erda va u erda genomga kiritilgan mobil genetik elementlar yangi xost genlarini qo'lga kiritishga qodir. Ulardan ba'zilari kapsid shakllanishi uchun mos bo'lishi mumkin. Ko'pgina oqsillar o'z-o'zidan murakkabroq tuzilmalarga aylanadi. Misol uchun, neyronlarning ishlashida muhim rol o'ynaydigan ARC oqsili o'z-o'zidan erkin shaklda virusga o'xshash zarrachalarga aylanadi, ular hatto RNKni ichida olib yurishi mumkin. Taxminlarga ko'ra, bunday oqsillarning qo'shilishi taxminan 20 marta sodir bo'lishi mumkin, bu ularning konvertlari tuzilishida farq qiluvchi zamonaviy viruslarning katta guruhlarini keltirib chiqaradi.

Parallel. Hayot soyasi

Biroq, eng yosh va eng istiqbolli gipoteza, viruslar birinchi hujayralardan kechiktirmasdan paydo bo'lgan deb faraz qilib, hamma narsani yana ostin-ustun qiladi. Uzoq vaqt oldin, hayot hali uzoqqa bormaganida, o'zini ko'paytirishga qodir bo'lgan o'z-o'zidan ko'payadigan molekulalarning proto-evolyutsiyasi "birlamchi sho'rva" da davom etdi.

Asta-sekin bunday tizimlar murakkablashib, katta va yirik molekulyar komplekslarga aylanib bordi. Va ularning ba'zilari membranani sintez qilish qobiliyatiga ega bo'lib, proto-hujayralarga aylanishi bilanoq, boshqalari - viruslarning ajdodlari - ularning parazitlariga aylandi.

Bu hayotning boshida, bakteriyalar, arxeya va eukaryotlarning ajralishidan ancha oldin sodir bo'lgan. Shuning uchun ularning (va juda boshqacha) viruslari tirik dunyoning barcha uch sohasi vakillarini yuqtiradi va viruslar orasida RNK o'z ichiga olgan juda ko'p bo'lishi mumkin: aynan RNKlar "ajdodlar" molekulalari, o'z-o'zini ko'paytirish va evolyutsiya deb hisoblanadi. shundan hayotning paydo bo'lishiga olib keldi.

Birinchi viruslar shunday "tajovuzkor" RNK molekulalari bo'lishi mumkin edi, ular keyinchalik protein konvertlarini kodlaydigan genlarni oldi. Darhaqiqat, ba'zi turdagi qobiqlar barcha tirik organizmlarning oxirgi umumiy ajdodidan (LUCA) oldin ham paydo bo'lishi mumkinligi ko'rsatilgan.

Biroq, viruslar evolyutsiyasi butun uyali organizmlar dunyosi evolyutsiyasidan ham chalkashroq sohadir. Ularning kelib chiqishi haqidagi har uchala fikr ham o'ziga xos tarzda to'g'ri bo'lishi mumkin. Bu hujayra ichidagi parazitlar shunchalik sodda va shu bilan birga xilma-xil bo'lib, turli guruhlar bir-biridan mustaqil ravishda, tubdan farqli jarayonlar jarayonida paydo bo'lishi mumkin.

Masalan, DNK o'z ichiga olgan bir xil gigant viruslar ajdod hujayralarining parchalanishi va ba'zi RNK o'z ichiga olgan retroviruslar - mobil genetik elementlar tomonidan "mustaqillikka erishganidan" keyin paydo bo'lishi mumkin. Ammo bu abadiy tahdidning paydo bo'lishi uchun biz hali kashf etilmagan va noma'lum bo'lgan butunlay boshqa mexanizmga qarzdormiz.

Genlar va genlar. Viruslarning evolyutsiyasi qanday o'rganiladi

Afsuski, viruslar nihoyatda uchuvchan. Ularda DNK shikastlanishini tiklash tizimlari yo'q va har qanday mutatsiya keyingi tanlovga bog'liq holda genomda qoladi. Bundan tashqari, bitta hujayrani zararlaydigan turli viruslar DNK (yoki RNK) bo'laklarini osongina almashtirib, yangi rekombinant shakllarni keltirib chiqaradi.

Va nihoyat, avlodlar almashinuvi juda tez sodir bo'ladi - masalan, OIVning hayot aylanishi bor-yo'g'i 52 soatni tashkil qiladi va u eng qisqa umr ko'rishdan uzoqdir. Bu omillarning barchasi viruslarning tez o'zgaruvchanligini ta'minlaydi, bu ularning genomlarini bevosita tahlil qilishni juda qiyinlashtiradi.

Shu bilan birga, viruslar hujayrada bir marta o'zlarining odatiy parazit dasturini ishga tushirmaydilar - ba'zilari shunday yaratilgan, boshqalari tasodifiy nosozlik tufayli. Shu bilan birga, ularning DNKsi (yoki ilgari DNKga aylantirilgan RNK) uy egasining xromosomalariga qo'shilib, hujayraning ko'plab genlari orasida yo'qolib, shu erda yashirinishi mumkin. Ba'zida virus genomi qayta faollashadi, ba'zan esa u shunday yashirin shaklda qoladi, avloddan-avlodga o'tadi.

Ushbu endogen retroviruslar bizning genomimizning 5-8 foizini tashkil qiladi. Ularning o'zgaruvchanligi endi unchalik katta emas - hujayra DNKsi unchalik tez o'zgarmaydi va ko'p hujayrali organizmlarning hayot aylanishi soatlarga emas, balki o'nlab yillarga etadi. Shuning uchun ularning hujayralarida saqlanadigan bo'laklar viruslarning o'tmishi haqida qimmatli ma'lumot manbai hisoblanadi.

Alohida va undan ham yoshroq soha viruslarning proteomikasi - ularning oqsillarini o'rganishdir. Axir, har qanday gen faqat ma'lum funktsiyalarni bajarish uchun zarur bo'lgan ma'lum bir protein molekulasi uchun koddir. Ba'zilari "Lego" bo'laklari, virusli konvertni yig'ish kabi "mos", boshqalari virusli RNKni bog'lashi va barqarorlashtirishi mumkin, uchinchisi esa infektsiyalangan hujayraning oqsillariga hujum qilish uchun ishlatilishi mumkin.

Bunday oqsillarning faol joylari bu funktsiyalar uchun javobgardir va ularning tuzilishi juda konservativ bo'lishi mumkin. Evolyutsiya davomida katta barqarorlikni saqlaydi. Hatto genlarning alohida qismlari ham o'zgarishi mumkin, ammo oqsil joyining shakli, undagi elektr zaryadlarining taqsimlanishi - istalgan funktsiyani bajarish uchun juda muhim bo'lgan hamma narsa deyarli bir xil bo'lib qoladi. Ularni taqqoslab, eng uzoq evolyutsion aloqalarni topish mumkin.