Siri ya asili ya virusi

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Virusi ni vigumu kuishi. Walakini, asili na mageuzi yao hayaeleweki hata kidogo kuliko kuibuka kwa viumbe "vya kawaida" vya seli. Bado haijulikani ni nani aliyeonekana mapema, seli za kwanza au virusi vya kwanza. Labda wamefuatana na maisha kila wakati, kama kivuli kibaya.

Tatizo ni kwamba virusi si kitu zaidi ya vipande vya jenomu (DNA au RNA) iliyofungwa katika kanzu ya protini. Hawaachi alama zozote katika rekodi ya visukuku, na kinachobakia kusoma maisha yao ya zamani ni virusi vya kisasa na jenomu zao.

Kulinganisha, kutafuta kufanana na tofauti, wanabiolojia hugundua viungo vya mabadiliko kati ya virusi tofauti, huamua vipengele vyao vya kale zaidi. Kwa bahati mbaya, virusi ni tofauti isiyo ya kawaida na tofauti. Inatosha kukumbuka kuwa jenomu zao zinaweza kuwakilishwa na minyororo ya sio tu ya DNA (kama katika nchi yetu na, kwa mfano, virusi vya herpes), lakini pia molekuli ya RNA inayohusiana (kama katika coronaviruses).

Molekuli ya DNA / RNA katika virusi inaweza kuwa moja au kugawanywa katika sehemu, linear (adenoviruses) au mviringo (polyomaviruses), single-stranded (anelloviruses) au mbili-stranded (baculoviruses).

Visual science virusi Influenza A / H1N1

Miundo ya chembe za virusi, upekee wa mzunguko wa maisha yao na sifa zingine, ambazo zinaweza kutumika kwa kulinganisha kawaida, sio tofauti. Unaweza kusoma zaidi kuhusu jinsi wanasayansi wanavyokabiliana na matatizo haya mwishoni kabisa mwa chapisho hili. Kwa sasa, hebu tukumbuke nini virusi vyote vinafanana: wote ni vimelea. Hakuna virusi moja inayojulikana ambayo inaweza kutekeleza kimetaboliki yenyewe, bila kutumia mifumo ya biochemical ya seli ya jeshi.

Hakuna virusi vilivyo na ribosomes ambazo zinaweza kuunganisha protini, na hakuna mtu anayebeba mifumo inayoruhusu uzalishaji wa nishati kwa namna ya molekuli za ATP. Yote hii inawafanya kuwa wajibu, yaani, vimelea vya intracellular bila masharti: hawawezi kuwepo peke yao.

Haishangazi kwamba, kwa mujibu wa mojawapo ya dhana za kwanza na zinazojulikana zaidi, seli zilionekana kwanza, na kisha tu ulimwengu wote wa virusi mbalimbali ulianza kwenye udongo huu.

Mara kwa mara. Kutoka ngumu hadi rahisi

Hebu tuangalie rickettsia - pia vimelea vya ndani ya seli, pamoja na bakteria. Zaidi ya hayo, baadhi ya sehemu za jenomu zao ziko karibu na DNA, ambayo iko katika mitochondria ya seli za eukaryotic, ikiwa ni pamoja na wanadamu. Inaonekana, wote wawili walikuwa na babu wa kawaida, lakini mwanzilishi wa "mstari wa mitochondria," akiambukiza kiini, hakuwa na kuua, lakini alihifadhiwa kwa ajali katika cytoplasm.

Kama matokeo, wazao wa bakteria hii walipoteza wingi wa jeni zisizohitajika zaidi na kuharibiwa kwa organelles za mkononi ambazo hutoa majeshi na molekuli za ATP badala ya kila kitu kingine. Dhana ya "regressive" ya asili ya virusi inaamini kuwa uharibifu kama huo ungeweza kutokea kwa mababu zao: mara moja viumbe vilivyojaa na vya kujitegemea vya seli, zaidi ya mabilioni ya miaka ya maisha ya vimelea, walipoteza tu kila kitu kisichozidi.

Wazo hili la zamani limefufuliwa na ugunduzi wa hivi karibuni wa virusi vikubwa kama vile pandoraviruses au mimiviruses. Sio tu kubwa sana (kipenyo cha chembe ya mimivirus hufikia 750 nm - kwa kulinganisha, saizi ya virusi vya mafua ni 80 nm), lakini pia hubeba jenomu refu sana (viungo milioni 1.2 vya nucleotide katika mimivirus dhidi ya mia kadhaa katika virusi vya kawaida), ikisimba mamia mengi ya protini.

Miongoni mwao pia kuna protini muhimu kwa kuiga na "kutengeneza" (kutengeneza) ya DNA, kwa ajili ya uzalishaji wa mjumbe RNA na protini.

Vimelea hivi havitegemei sana wenyeji wao, na asili yao kutoka kwa mababu walio hai inaonekana kuwa ya kushawishi zaidi. Hata hivyo, wataalam wengi wanaamini kwamba hii haina kutatua tatizo kuu - jeni zote "ziada" zinaweza kuonekana kutoka kwa virusi kubwa baadaye, zilizokopwa kutoka kwa wamiliki.

Baada ya yote, ni vigumu kufikiria uharibifu wa vimelea ambao unaweza kwenda hadi sasa na kuathiri hata fomu ya carrier wa kanuni ya maumbile na kusababisha kuibuka kwa virusi vya RNA. Haishangazi kwamba hypothesis nyingine kuhusu asili ya virusi inaheshimiwa sawa - kinyume kabisa.

Maendeleo. Kutoka rahisi hadi ngumu

Hebu tuangalie retroviruses, ambao genome ni molekuli ya RNA yenye kamba moja (kwa mfano, VVU). Mara moja kwenye seli ya jeshi, virusi vile hutumia enzyme maalum, reverse transcriptase, kuibadilisha kuwa DNA ya kawaida mara mbili, ambayo kisha hupenya ndani ya "takatifu ya patakatifu" ya seli - kwenye kiini.

Hapa ndipo protini nyingine ya virusi, integrase, inapotumika na kuingiza jeni za virusi kwenye DNA ya mwenyeji. Kisha enzymes za seli huanza kufanya kazi nao: hutoa RNA mpya, kuunganisha protini kwa misingi yao, nk.

Sayansi inayoonekana Virusi vya Upungufu wa Kinga ya binadamu (VVU)

Utaratibu huu unafanana na kuzaliana kwa chembe za urithi za rununu - vipande vya DNA ambavyo havibebi habari tunayohitaji, lakini huhifadhiwa na kukusanywa katika genome yetu. Baadhi yao, retrotransposons, wanaweza hata kuzidisha ndani yake, kuenea na nakala mpya (zaidi ya asilimia 40 ya DNA ya binadamu ina vipengele vile vya "junk").

Kwa hili, zinaweza kuwa na vipande vinavyosimba vimeng'enya vyote viwili - reverse transcriptase na integrase. Kwa kweli, hizi ni karibu retroviruses zilizopangwa tayari, zisizo na kanzu ya protini tu. Lakini upatikanaji wake ni suala la muda.

Kupachika katika jenomu hapa na pale, vipengele vya urithi vya rununu vina uwezo kabisa wa kunasa jeni mpya za mwenyeji. Baadhi yao wanaweza kufaa kwa malezi ya capsid. Protini nyingi huwa na kujikusanya kwa miundo ngumu zaidi. Kwa mfano, protini ya ARC, ambayo ina jukumu muhimu katika utendakazi wa niuroni, hujikunja yenyewe katika umbo lisilolipishwa kuwa chembe zinazofanana na virusi ambazo zinaweza hata kubeba RNA ndani. Inachukuliwa kuwa kuingizwa kwa protini hizo kunaweza kutokea mara 20, na kutoa makundi makubwa ya kisasa ya virusi ambayo hutofautiana katika muundo wa bahasha zao.

Sambamba. Kivuli cha maisha

Hata hivyo, hypothesis ya mdogo na yenye kuahidi zaidi inageuka kila kitu tena, ikizingatiwa kuwa virusi vilionekana kabla ya seli za kwanza. Muda mrefu uliopita, wakati maisha bado hayajaenda hadi sasa, mageuzi ya proto-ya kujinakilisha molekuli, yenye uwezo wa kujiiga yenyewe, iliendelea katika "supu ya awali".

Hatua kwa hatua, mifumo kama hiyo ikawa ngumu zaidi, ikibadilika kuwa tata kubwa na kubwa za Masi. Na mara tu baadhi yao walipata uwezo wa kuunganisha utando na kuwa seli za proto, wengine - mababu wa virusi - wakawa vimelea vyao.

Hii ilitokea mwanzoni mwa maisha, muda mrefu kabla ya kujitenga kwa bakteria, archaea na eukaryotes. Kwa hivyo, virusi vyao (na tofauti sana) huambukiza wawakilishi wa vikoa vyote vitatu vya ulimwengu ulio hai, na kati ya virusi kunaweza kuwa na nyingi zilizo na RNA: ni RNA ambazo huchukuliwa kuwa molekuli za "mababu", kujirudia na mageuzi. ambayo ilisababisha kuibuka kwa maisha.

Virusi vya kwanza vinaweza kuwa molekuli za "fujo" za RNA, ambazo baadaye zilipata jeni zinazosimba bahasha za protini. Hakika, imeonyeshwa kwamba baadhi ya aina za shells zinaweza kuonekana hata kabla ya babu wa mwisho wa viumbe vyote vilivyo hai (LUCA).

Hata hivyo, mageuzi ya virusi ni eneo lenye utata zaidi kuliko mageuzi ya ulimwengu mzima wa viumbe vya seli. Kuna uwezekano mkubwa kwamba, kwa njia yao wenyewe, maoni yote matatu juu ya asili yao ni ya kweli. Vimelea hivi vya ndani ya seli ni rahisi sana na wakati huo huo tofauti kwamba vikundi tofauti vinaweza kuonekana bila kujitegemea, katika mchakato wa kimsingi tofauti.

Kwa mfano, virusi hivyo vikubwa vilivyo na DNA vinaweza kutokea kama matokeo ya uharibifu wa seli za babu, na baadhi ya retroviruses zilizo na RNA - baada ya "kupata uhuru" na vipengele vya maumbile ya simu. Lakini inawezekana kwamba tunadaiwa kuonekana kwa tishio hili la milele kwa utaratibu tofauti kabisa, ambao bado haujagunduliwa na haijulikani.

Jenomu na jeni. Jinsi mabadiliko ya virusi yanasomwa

Kwa bahati mbaya, virusi ni tete sana. Hawana mifumo ya kurekebisha uharibifu wa DNA, na mabadiliko yoyote yanabaki kwenye jenomu, chini ya uteuzi zaidi. Kwa kuongezea, virusi mbalimbali zinazoambukiza seli moja hubadilishana kwa urahisi vipande vya DNA (au RNA), na hivyo kusababisha aina mpya za recombinant.

Hatimaye, mabadiliko ya kizazi hutokea kwa haraka isiyo ya kawaida - kwa mfano, VVU ina mzunguko wa maisha wa saa 52 tu, na ni mbali na muda mfupi zaidi ulioishi. Sababu hizi zote hutoa tofauti ya haraka ya virusi, ambayo inachanganya sana uchambuzi wa moja kwa moja wa genomes zao.

Wakati huo huo, mara moja kwenye kiini, virusi mara nyingi hazizindua mpango wao wa kawaida wa vimelea - baadhi hutengenezwa kwa njia hii, wengine kwa sababu ya kushindwa kwa ajali. Wakati huo huo, DNA yao (au RNA, iliyobadilishwa hapo awali kuwa DNA) inaweza kuunganishwa kwenye chromosomes ya mwenyeji na kujificha hapa, ikipotea kati ya jeni nyingi za seli yenyewe. Wakati mwingine genome ya virusi huwashwa tena, na wakati mwingine inabaki katika fomu ya siri, inapitishwa kutoka kizazi hadi kizazi.

Retrovirusi hizi za asili zinaaminika kuchangia hadi asilimia 5-8 ya jenomu yetu wenyewe. Tofauti yao sio kubwa tena - DNA ya seli haibadilika haraka sana, na mzunguko wa maisha ya viumbe vingi hufikia makumi ya miaka, sio masaa. Kwa hiyo, vipande vilivyohifadhiwa katika seli zao ni chanzo muhimu cha habari kuhusu siku za nyuma za virusi.

Eneo tofauti na hata mdogo ni proteomics ya virusi - utafiti wa protini zao. Baada ya yote, baada ya yote, jeni lolote ni kanuni tu ya molekuli fulani ya protini inayohitajika kufanya kazi fulani. Baadhi "zinafaa" kama vipande vya Lego, vinavyokunja bahasha ya virusi, vingine vinaweza kufunga na kuleta utulivu wa virusi vya RNA, na bado vingine vinaweza kutumika kushambulia protini za seli iliyoambukizwa.

Maeneo ya kazi ya protini hizo ni wajibu wa kazi hizi, na muundo wao unaweza kuwa wa kihafidhina sana. Inahifadhi utulivu mkubwa wakati wote wa mageuzi. Hata sehemu za kibinafsi za jeni zinaweza kubadilika, lakini sura ya tovuti ya protini, usambazaji wa malipo ya umeme ndani yake - kila kitu ambacho ni muhimu kwa utendaji wa kazi inayotaka - inabakia karibu sawa. Kwa kuzilinganisha, mtu anaweza kupata miunganisho ya mbali zaidi ya mageuzi.