Unikalus radinys Antarktidoje padės išspręsti vieną iš pačių didžiausių evoliucijos mįslių: kaip iš ląstelių pabėgę genai virto... virusais

Šiame organizme yra DNR fragmentas, galintis sukurti aplink save kapsulę. Tai gali padėti išspręsti pirmųjų virusų atsiradimo mįslę.

Virusai nepanašūs į kitas gyvybės formas. Daugelis jų visai nelaiko gyvais. Visi kiti gyvi padarai sudaryti iš ląstelių: elastiškų maišelių, pripildytų kitomis svarbiomis gyvybės molekulėmis. Ląstelės yra sudėtingi mechanizmai, galintys maitintis ir daugintis nepriklausomai.

Virusai daug paprastesni. Tipiškas virusas yra nedidukė genetinės medžiagos atkarpėlė, apgobta kiautu – kapside. Patys vieni virusai nelabai ką gali nuveikti. Bet patekę į gyvą ląstelę, virusai pradeda gaminti savo kopijas. Virusai dažnai kenkia organizmams, į kuriuos patenka: pavyzdžiui, žmogaus imunodeficito virusas (ŽIV), patekęs į žmogų, gali susargdinti jį AIDS.

Biologai ne vieną dešimtmetį laužė galvas, iš kur atsirado virusai. Ar jie yra senesnė, paprastesnė gyvybės forma – o gal jie parazitai, atsiradę tik tada, kai išsivystė ląstelės?

Neryškios linijos

Ricardo Cavicchioli iš Naujojo Pietų Velso universiteto Australijoje su kolegomis Rauerio salos, netoli Antarktidos pakrantės, ežeruose rado mikroorganizmų, galinčius šį klausimą šiek tiek nušviesti. Aptiktas organizmas, kurį jie pakrikštijo Halorubrum lacusprofundi R1S1, yra archėjas: vienaląsčių organizmų rūšis, atrodanti panaši į bakterijas, bet iš tiesų priklausanti atskiram gyvybės domenui.

Grupės tyrėjai žinojo, kad virusai svarbūs Antarkties ekosistemoms, tad komandos narė Susanne Erdmann ieškojo virusų organizmo ląstelėse. Ji rado kai ką netikėto: plazmidę.

Plazmidės yra gyvose ląstelėse gyvuojantys maži, dažnai apskriti, DNR fragmentai. Plazmidės nepriklauso ląstelės pagrindiniam genomui, ir gali daugintis nepriklausomai. Dažnai plazmidėse būna genas, kažkuo naudingas ląstelei: tarkime, atsparumo antibiotikams genai kartais randami būtent plazmidėse.

Erdmann rastos plazmidės, kurias komanda praminė „pR1SE“, neįprastos. Jų genai koduoja vezikules – iš esmės, burbuliukus iš lipidų – apdengiančias plazmides apsauginiu sluoksniu. Įsitaisiusi šiame apsauginiame burbule, pR1SE gali pasišalinti iš ląstelės nešiotojos ir ieškoti naujos prieglobos.

Kitai tariant, pR1SE išvaizda ir veikimas itin primena virusą. Bet joje yra genai, randami tik plazmidėse, ir nėra jokių genų, kurie leistų priskirti jas virusams. Tai plazmidė su viruso atributais. „Iš tiesų nėra likę didelių skirtumų tarp plazmidžių ir virusų,“ sako Cavicchioli.

Pabėgėliai genai

Jis sako, kad virusai galėjo išsivystyti iš tokių plazmidžių, kaip pR1SE, gavę iš savo nešiotojų genus, suteikusius galimybę apsigobti kieta kapside, o ne minkšta vezikule.

Tai atitinka turimus virusų kilmės įrodymus.

Buvo trys pagrindinės idėjos: arba virusai atsirado anksčiau už ląsteles, arba kai kurios ląstelės evoliucionuodamos įgijo paprastesnę formą ir tapo virusais, arba genai „pabėgo“ iš ląstelių ir tapo virusais. Ši, trečioji, pabėgimo hipotezė palaikymo sulaukė pastaraisiais metais: 2017 metų kovą tyrimas parodė, kad daugelį kapsidės baltymų galima atsekti iki ląstelės baltymų.

Šie duomenys implikuoja, kad tokie pabėgimai prasidėjo gyvybės istorijos pradžioje, sako Patrick Forterre iš Pastero instituto Paryžiuje. „Pabėgimo hipotezė tradiciškai buvo siejama su idėja, kad virusai nėra seni,“ sako jis. „Dabar pabėgimo hipotezė turėtų būti peržvelgta platesniame kontekste.“ Pirmieji virusai galėjo pabėgti iš pirmųjų Žemės ląstelių.

newscientist.com

Žurnalo nuoroda: Nature Microbiology, DOI: 10.1038/s41564-017-0009-2

▲