Нові дослідження підтримують гіпотезу, яка полягає в тому, що віруси є живими сутностями, котрі поділяють довгу еволюційну історію з клітинами, – стверджують дослідники у своєму звіті. Вони розробили перший надійний метод для відстеження вірусної еволюції до тих часів, коли не існувало ні вірусів, ані клітин у тих формах, що їх ми знаємо сьогодні.
Результати нових досліджень були опубліковані в часописі Science Advances.
Досі, віруси важко піддавалися класифікації, – говорить професор Густаво Каетано-Аноллес, науковець з університету Іллінойсу та співробітник Інституту Геномної Біології імені Карла Везе. Саме він провадив нові дослідження разом зі студентом-випускником Аршаном Насіром. У своєму останньому звіті, Міжнародний Комітет з Таксономії Вірусів визнав наявність семи порядків вірусів, базуючись на формі їхніх віріонів, розмірах, генетичній структурі та стратегіях реплікації.
«Згідно з цією класифікацією, родини вірусів, які належать до одного порядку, швидше за все, походять від спільного предківського вірусу», – пишуть автори. «Однак, тільки 26 (зі 104) родин вірусів розподілені за порядками, а еволюційні відносини між більшістю з них залишаються нез’ясованими».
Частково таке сум’яття зумовлюється розмаїттям вірусів. Наразі, менш ніж 4 900 видів вірусів було ідентифіковано й секвеновано, тоді як вчені оцінюють, що існує понад мільйон видів вірусів. Більшість вірусів є дуже маленькими – значно меншими, ніж бактерії та інші мікроорганізми – і містять вони лише дещицю генів. Деякі з них, як нещодавно відкриті мімівіруси, є великими, а їхні геноми більші, ніж у деяких бактерій.
Нове дослідження сфокусовано на розмаїтому репертуарі протеїнових структур, які називаються «складками» («folds»), – вони закодовані в геномах усіх клітин та вірусів. «Складки» є структурними будівельними блоками білків, вони надають їм їхньої складної, тривимірної форми. Порівнюючи структури «складок» у представників різних гілок дерева життя, дослідники можуть реконструювати еволюційну історію як самих «складок», так і організмів, чиї геноми їх кодують.
Дослідники вирішили аналізувати протеїнові «складки» тому що нуклеотидні послідовності, котрі складають вірусний геном, зазнають швидких змін; високий рівень мутагенезу може затемнити глибинні еволюційні сигнали, – говорить Каетано-Аноллес. Протеїнові «складки» є кращими маркерами давніх подій, адже їхні тривимірні структури можуть зберігатися навіть тоді, коли нуклеотидні послідовності, котрі їх кодують, починають змінюватися.
Сьогодні, багато вірусів – зокрема, й ті, які зумовлюють хвороби – використовують для синтезу своїх білків структури клітин хазяїв, це необхідно для їхньої репродукції та проникнення в інші клітини. Віруси часто інтегрують свій генетичний матеріал у ДНК своїх хазяїв. У дійсності, наявність старих решток вірусного походження тепер є постійною рисою геномів більшості клітинних організмів, зокрема й людей. Така вправна здатність вірусів до уведення свого генетичного матеріалу може бути свідченням першочергової ролі вірусів у якості «поширювачів розмаїття», – стверджує Каетано-Аноллес.
Дослідники проаналізували усі відомі «складки» у 5 080 організмів, які представляють усі гілки дерева життя, серед них і 3460 вірусів. Використовуючи просунуті біоінформаційні методи, вони ідентифікували 442 протеїнові складки, які є спільними для вірусів та клітин, і 66, які є тільки у вірусів.
«Це означає, що можна побудувати дерево життя, адже вдалося виявити множину рис, характерних як для вірусів, так і для клітинних форм життя», – пояснює Каетано-Аноллес. «Віруси мають також унікальні компоненти, окрім тих компонентів, які в них є спільними з такими клітин».
У дійсності, дослідження виявили генетичні послідовності у вірусів, котрі не мають жодних аналогів у клітинних форм життя, – говорить Каетано-Аноллес. Це суперечить тій гіпотезі, яка твердить, ніби віруси захопили увесь свій генетичний матеріал з клітин. Це та інші дослідження також підтримують ідею, яка полягає в тому, що віруси є «творцями новизни», – говорить він.
Використовуючи дані щодо протеїнових «складок» з відкритих баз даних, Насір та Каетано-Аноллес застосували методи обчислення для побудови дерев життя, які охоплюють і вірусів.
Отримані дані дозволяють припустити, що «віруси походять від множини архаїчних клітин… і співіснували з предками сучасних клітин», – пишуть дослідники у своєму звіті. Ці архаїчні клітини, – як видається, – мали сегментовані РНК геноми, – розмірковує Каетано-Аноллес.
Дані також дозволяють припустити, що у якийсь момент своєї еволюційної історії, незадовго опісля виникнення сучасного клітинного життя, більшість вірусів набули здатності формувати протеїнові капсиди, які захищають їхній генетичний матеріал, а це дозволило їм проводити частину свого життєвого циклу поза клітинами хазяїна й поширюватися, – пояснює Каетано-Аноллес. Протеїнові «складки», котрі є унікальними для вірусів, охоплюють ті з них, які формують вірусні капсиди.
«Ці капсиди, з плином часу, ставали дедалі складнішими, що дозволяло вірусам уражувати ті клітини, які раніше були резистентними», – говорить Насір. «Це характерна ознака паразитизму».
Деякі вчені наполягають на тому, що віруси не є живими сутностями, а лишень дрібками ДНК й РНК первинно клітинного походження. Вони вказують на той факт, що віруси не здатні реплікуватися (відтворюватися) поза клітинами, а натомість покладаються на використання клітинних органел білкового синтезу для власного функціонування. Але існує дедалі більше доказів, які підтримують ідею, котра полягає в тому, що віруси не є відмінними від інших живих сутностей, – говорить Каетано-Аноллес.
«Багато організмів потребують інших організмів для того, щоб жити, зокрема, це й бактерії, які живуть всередині клітин, і гриби, яким властивий облігатний паразитизм – вони покладаються на своїх хазяїв, коли йдеться про завершення їхнього життєвого циклу», – говорить він. «А це саме те, що роблять віруси».
Відкриття гігантських мімівірусів на початку 2000-х років поставило під сумнів традиційні ідеї про природу вірусів, – наголошує Каетано-Аноллес.
«Ці гігантські віруси не такі, як, скажімо, крихітний вірус Ебола, котрий має тільки сім генів. Вони мають великі розміри та значний репертуар геному. Деякі з них, фізично та за розмірами геному, є такими ж, як паразитичні бактерії, або навіть більшими від них».
Деякі гігантські віруси також мають гени, які кодують білки, котрі є важливими для трансляції, процесу, у ході якого клітини зчитують генетичні послідовності для побудови білків, – пояснює Каетано-Аноллес. Відсутність органел для трансляції у вірусів вже віддавна наводиться у якості доказу того, що вони не є живими, – говорить вчений.
«Тепер це не спрацьовує», – говорить Каетано-Аноллес. «Віруси тепер гідні зайняти місце на дереві життя. Очевидно, вони мають для цього набагато більше підстав, ніж ми колись вважали».
Джерело: Sciencedaily
Переклад з англійської: Юрій Косенко
