Οι ανακαλύψεις ιολογίας θα μπορούσαν να αλλάξουν τη βιολογία

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Οι ιοί είναι μικροσκοπικά αλλά «απίστευτα ισχυρά πλάσματα» χωρίς τα οποία δεν θα επιζούσαμε. Η επιρροή τους στον πλανήτη μας είναι αναμφισβήτητη. Είναι εύκολο να τα βρούμε, οι επιστήμονες συνεχίζουν να εντοπίζουν προηγουμένως άγνωστους τύπους ιών. Πόσα όμως γνωρίζουμε γι' αυτά; Πώς ξέρουμε ποιο να διερευνήσουμε πρώτα;

Ο κορωνοϊός SARS-CoV-2 είναι μόνο ένας από τα πολλά εκατομμύρια ιούς που ζουν στον πλανήτη μας. Οι επιστήμονες εντοπίζουν γρήγορα πολλούς νέους τύπους.

Η Μάγια Μπράιτμπαρτ αναζήτησε νέους ιούς σε αφρικανικούς τερμιτοχώρους, φώκιες της Ανταρκτικής και στην Ερυθρά Θάλασσα. Αλλά, όπως αποδείχθηκε, για να βρει πραγματικά οτιδήποτε, έπρεπε απλώς να κοιτάξει στον κήπο του σπιτιού της στη Φλόριντα. Εκεί, γύρω από την πισίνα, μπορείτε να βρείτε αράχνες από σφαίρα του είδους Gasteracantha cancriformis.

Έχουν έντονο χρώμα και στρογγυλεμένα λευκά σώματα, στα οποία διακρίνονται μαύρα στίγματα και έξι κόκκινα αγκάθια, παρόμοια με ένα περίεργο όπλο από τον Μεσαίωνα. Όμως μέσα στα σώματα αυτών των αραχνών, η Maya Brightbart αντιμετώπιζε μια έκπληξη: όταν ο Brightbart, ειδικός στην οικολογία των ιών στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Φλόριντα στο St.

Όπως γνωρίζετε, από το 2020, εμείς, οι απλοί άνθρωποι, μας απασχολεί μόνο ένας ιδιαίτερα επικίνδυνος ιός που είναι γνωστός σε όλους τώρα, αλλά υπάρχουν πολλοί άλλοι ιοί που δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, περίπου 10³¹διαφορετικά ιικά σωματίδια, που είναι δέκα δισεκατομμύρια φορές ο κατά προσέγγιση αριθμός των αστεριών στο παρατηρήσιμο σύμπαν.

Είναι πλέον σαφές ότι τα οικοσυστήματα και οι μεμονωμένοι οργανισμοί εξαρτώνται από τους ιούς. Οι ιοί είναι μικροσκοπικά, αλλά απίστευτα ισχυρά πλάσματα, επιτάχυναν την εξελικτική ανάπτυξη για εκατομμύρια χρόνια, με τη βοήθειά τους πραγματοποιήθηκε η μεταφορά γονιδίων μεταξύ των οργανισμών ξενιστών. Ζώντας στους ωκεανούς του κόσμου, οι ιοί ανατέμναν μικροοργανισμούς, ρίχνοντας το περιεχόμενό τους στο υδάτινο περιβάλλον και εμπλουτίζοντας τον τροφικό ιστό με θρεπτικά συστατικά. «Δεν θα είχαμε επιβιώσει χωρίς ιούς», λέει ο ιολόγος Curtis Suttle από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας στο Βανκούβερ του Καναδά.

Η Διεθνής Επιτροπή για την Ταξινόμηση των Ιών (ICTV) διαπίστωσε ότι αυτή τη στιγμή υπάρχουν 9.110 διαφορετικοί τύποι ιών στον κόσμο, αλλά αυτό είναι προφανώς ένα μικρό κλάσμα του συνόλου τους. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι η επίσημη ταξινόμηση των ιών στο παρελθόν απαιτούσε από τους επιστήμονες να καλλιεργήσουν τον ιό στον οργανισμό ξενιστή ή στα κύτταρα του. αυτή η διαδικασία είναι χρονοβόρα και μερικές φορές φαίνεται εξωπραγματικά περίπλοκη.

Ο δεύτερος λόγος είναι ότι κατά τη διάρκεια της επιστημονικής έρευνας, δόθηκε έμφαση στην εύρεση εκείνων των ιών που προκαλούν ασθένειες στον άνθρωπο ή σε άλλους ζωντανούς οργανισμούς που έχουν κάποια αξία για τον άνθρωπο, για παράδειγμα, αφορά ζώα φάρμας και καλλιέργειες.

Ωστόσο, όπως μας υπενθύμισε η πανδημία του Covid-19, είναι σημαντικό να μελετηθούν οι ιοί που μπορούν να μεταδοθούν από τον έναν οργανισμό-ξενιστή στον άλλο, και αυτή ακριβώς είναι η απειλή για τον άνθρωπο, καθώς και για τα οικόσιτα ζώα ή τις καλλιέργειες.

Την τελευταία δεκαετία, ο αριθμός των γνωστών ιών έχει εκτοξευθεί στα ύψη λόγω βελτιώσεων στην τεχνολογία ανίχνευσης, καθώς και λόγω μιας πρόσφατης αλλαγής στους κανόνες για τον εντοπισμό νέων τύπων ιών, που κατέστησαν δυνατή την ανίχνευση ιών χωρίς την ανάγκη καλλιέργειας τους με έναν οργανισμό ξενιστή.

Μία από τις πιο κοινές μεθόδους είναι η μεταγονιδιωματική. Επιτρέπει στους επιστήμονες να συλλέγουν δείγματα γονιδιωμάτων από το περιβάλλον χωρίς να χρειάζεται να τα καλλιεργήσουν. Νέες τεχνολογίες όπως η αλληλουχία ιών έχουν προσθέσει περισσότερα ονόματα ιών στη λίστα, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων που είναι εκπληκτικά διαδεδομένα αλλά εξακολουθούν να είναι σε μεγάλο βαθμό κρυμμένα από τους επιστήμονες.

«Τώρα είναι μια εξαιρετική στιγμή για να κάνετε αυτό το είδος έρευνας», λέει η Maya Brightbart. - Νομίζω ότι από πολλές απόψεις τώρα είναι η ώρα για το virome [virome - η συλλογή όλων των ιών που είναι χαρακτηριστικά ενός μεμονωμένου οργανισμού - περ. Μετάφρ.]».

Μόνο το 2020, η ICTV πρόσθεσε 1.044 νέα είδη στον επίσημο κατάλογο ιών, με χιλιάδες άλλους ιούς να περιμένουν περιγραφή και μέχρι στιγμής ανώνυμα. Η εμφάνιση μιας τόσο μεγάλης ποικιλίας γονιδιωμάτων ώθησε τους ιολόγους να ξανασκεφτούν τον τρόπο ταξινόμησης των ιών και βοήθησε να διευκρινιστεί η διαδικασία εξέλιξής τους. Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι οι ιοί δεν προήλθαν από μία μόνο πηγή, αλλά εμφανίστηκαν πολλές φορές.

Ωστόσο, το πραγματικό μέγεθος της παγκόσμιας ιογενούς κοινότητας είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστο, σύμφωνα με τον ιολόγο Jens Kuhn του Εθνικού Ινστιτούτου Αλλεργιών και Λοιμωδών Νοσημάτων (NIAID) των ΗΠΑ στο Φορτ Νττρικ του Μέριλαντ: «Πραγματικά δεν έχουμε ιδέα ότι κάτι τέτοιο συμβαίνει».

Παντού και παντού

Οποιοσδήποτε ιός έχει δύο ιδιότητες: πρώτον, το γονιδίωμα κάθε ιού περικλείεται σε μια πρωτεϊνική επικάλυψη και, δεύτερον, κάθε ιός χρησιμοποιεί έναν ξένο οργανισμό ξενιστή - είτε είναι άνθρωπος, αράχνη είτε φυτό - για την αναπαραγωγή του. Αλλά υπάρχουν αμέτρητες παραλλαγές σε αυτό το γενικό σχήμα.

Για παράδειγμα, οι μικροσκοπικοί κυκλοϊοί έχουν μόνο δύο ή τρία γονίδια, ενώ οι τεράστιοι μιμιοί, που είναι μεγαλύτεροι από ορισμένα βακτήρια, έχουν εκατοντάδες γονίδια.

Για παράδειγμα, υπάρχουν βακτηριοφάγοι που μοιάζουν κάπως με τη συσκευή προσγείωσης στο φεγγάρι - αυτοί οι βακτηριοφάγοι μολύνουν βακτήρια. Και, φυσικά, σήμερα όλοι γνωρίζουν για τις δολοφονικές μπάλες γεμάτες με αγκάθια, οι εικόνες των οποίων είναι πλέον οδυνηρά οικείες, ίσως, σε κάθε άτομο σε οποιαδήποτε χώρα του κόσμου. Και οι ιοί έχουν επίσης αυτό το χαρακτηριστικό: μια ομάδα ιών αποθηκεύει το γονιδίωμά τους με τη μορφή DNA, ενώ η άλλη - με τη μορφή RNA.

Υπάρχει ακόμη και ένας βακτηριοφάγος που χρησιμοποιεί ένα εναλλακτικό γενετικό αλφάβητο, στο οποίο η αζωτούχα βάση Α στο κανονικό σύστημα ACGT αντικαθίσταται από ένα άλλο μόριο που ορίζεται με το γράμμα Z [το γράμμα Α σημαίνει την αζωτούχα βάση "αδενίνη", η οποία είναι μέρος του νουκλεϊκού οξέα (DNA και RNA); ACGT- αζωτούχες βάσεις που συνθέτουν το DNA, συγκεκριμένα: Α - αδενίνη, C - κυτοσίνη, G - γουανίνη, Τ - θυμίνη, - περίπου. μετάφρ.].

Οι ιοί είναι τόσο πανταχού παρόντες και θορυβώδεις που μπορούν να εμφανιστούν ακόμα κι αν οι επιστήμονες δεν τους αναζητούν. Έτσι, για παράδειγμα, ο Frederik Schulz δεν σκόπευε να μελετήσει καθόλου τους ιούς, ο τομέας της επιστημονικής του έρευνας είναι η αλληλουχία γονιδιωμάτων από τα λύματα. Ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, ο Schultz χρησιμοποίησε τη μεταγονιδιωματική για να βρει βακτήρια το 2015. Με αυτήν την προσέγγιση, οι επιστήμονες απομονώνουν το DNA από μια σειρά οργανισμών, τους αλέθουν σε μικρά κομμάτια και τους ταξινομούν την αλληλουχία τους. Στη συνέχεια, ένα πρόγραμμα υπολογιστή συναρμολογεί μεμονωμένα γονιδιώματα από αυτά τα κομμάτια. Αυτή η διαδικασία θυμίζει τη συναρμολόγηση πολλών εκατοντάδων παζλ ταυτόχρονα από ξεχωριστά θραύσματα αναμεμειγμένα μεταξύ τους.

Μεταξύ των βακτηριακών γονιδιωμάτων, ο Schultz δεν μπορούσε παρά να παρατηρήσει ένα τεράστιο κομμάτι του ιικού γονιδιώματος (προφανώς επειδή αυτό το κομμάτι είχε γονίδια ιικού φακέλου), το οποίο περιλάμβανε 1,57 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων. Αυτό το ιικό γονιδίωμα αποδείχθηκε ότι ήταν γίγαντας, ήταν μέρος μιας ομάδας ιών, των οποίων τα μέλη είναι γιγάντιοι ιοί τόσο σε μέγεθος γονιδιώματος όσο και σε απόλυτες διαστάσεις (συνήθως 200 νανόμετρα ή περισσότερο σε διάμετρο). Αυτός ο ιός μολύνει τις αμοιβάδες, τα φύκια και άλλα πρωτόζωα, επηρεάζοντας έτσι τα υδάτινα οικοσυστήματα, καθώς και τα οικοσυστήματα της ξηράς.

Ο Frederick Schultz, τώρα μικροβιολόγος στο Κοινό Ινστιτούτο Γονιδιώματος του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ στο Μπέρκλεϋ της Καλιφόρνια, αποφάσισε να αναζητήσει σχετικούς ιούς σε βάσεις δεδομένων μεταγονιδιώματος. Το 2020, στο άρθρο τους, ο Schultz και οι συνεργάτες του περιέγραψαν περισσότερα από δύο χιλιάδες γονιδιώματα από την ομάδα που περιέχει γιγάντιους ιούς. Θυμηθείτε ότι προηγουμένως, μόνο 205 τέτοια γονιδιώματα περιλαμβάνονταν στις δημοσίως διαθέσιμες βάσεις δεδομένων.

Επιπλέον, οι ιολόγοι έπρεπε επίσης να κοιτάξουν μέσα στο ανθρώπινο σώμα αναζητώντας νέα είδη. Ο ειδικός βιοπληροφορικής για ιούς, Luis Camarillo-Guerrero, μαζί με συναδέλφους από το Ινστιτούτο Senger στο Hinkston (Ηνωμένο Βασίλειο), ανέλυσαν τα ανθρώπινα εντερικά μεταγονιδιώματα και δημιούργησαν μια βάση δεδομένων που περιέχει περισσότερα από 140.000 είδη βακτηριοφάγων. Περισσότερα από τα μισά από αυτά ήταν άγνωστα στην επιστήμη.

Η κοινή μελέτη των επιστημόνων, που δημοσιεύθηκε τον Φεβρουάριο, συνέπεσε με τα ευρήματα άλλων επιστημόνων ότι μία από τις πιο κοινές ομάδες ιών που μολύνουν βακτήρια του ανθρώπινου εντέρου είναι μια ομάδα γνωστή ως crAssphage (που πήρε το όνομά του από το πρόγραμμα cross-assembler που τον ανακάλυψε το 2014).. Παρά την αφθονία των ιών που αντιπροσωπεύονται σε αυτήν την ομάδα, οι επιστήμονες γνωρίζουν ελάχιστα για το πώς οι ιοί αυτής της ομάδας συμμετέχουν στο ανθρώπινο μικροβίωμα, λέει ο Camarillo-Guerrero, ο οποίος τώρα εργάζεται για την εταιρεία προσδιορισμού αλληλουχίας DNA Illumina (η Illumina βρίσκεται στο Cambridge, UK).

Η Metagenomics έχει ανακαλύψει πολλούς ιούς, αλλά την ίδια στιγμή, η μεταγονιδιωματική αγνοεί πολλούς ιούς. Στα τυπικά μεταγονιδιώματα, οι ιοί RNA δεν αλληλουχούνται, έτσι ο μικροβιολόγος Colin Hill του Εθνικού Πανεπιστημίου της Ιρλανδίας στο Κορκ της Ιρλανδίας και οι συνεργάτες του τους αναζήτησαν σε βάσεις δεδομένων RNA που ονομάζονται μετα-μεταγραφές.

Οι επιστήμονες συνήθως αναφέρονται σε αυτά τα δεδομένα όταν μελετούν γονίδια σε έναν πληθυσμό, δηλ. εκείνα τα γονίδια που μετατρέπονται ενεργά σε αγγελιοφόρο RNA [αγγελιοφόρο RNA (ή mRNA) ονομάζεται επίσης αγγελιοφόρο RNA (mRNA) - περίπου. μετάφρ.] εμπλέκονται στην παραγωγή πρωτεϊνών. αλλά τα γονιδιώματα των ιών RNA μπορούν επίσης να βρεθούν εκεί. Χρησιμοποιώντας υπολογιστικές τεχνικές για την εξαγωγή αλληλουχιών από δεδομένα, η ομάδα βρήκε 1.015 ιικά γονιδιώματα σε μετατρανκρυπτώματα από δείγματα ιλύος και νερού. Χάρη στην εργασία των επιστημόνων, οι πληροφορίες για γνωστούς ιούς έχουν αυξηθεί σημαντικά μετά την εμφάνιση μόνο ενός άρθρου.

Χάρη σε αυτές τις μεθόδους, είναι δυνατό να συλλεχθούν κατά λάθος γονιδιώματα που δεν υπάρχουν στη φύση, αλλά για να αποφευχθεί αυτό, οι επιστήμονες έχουν μάθει να χρησιμοποιούν μεθόδους ελέγχου. Υπάρχουν όμως και άλλες αδυναμίες. Για παράδειγμα, είναι εξαιρετικά δύσκολο να απομονωθούν ορισμένοι τύποι ιών με μεγάλη γενετική ποικιλομορφία, καθώς είναι δύσκολο για τα προγράμματα υπολογιστών να συνδυάσουν ανόμοιες αλληλουχίες γονιδίων.

Μια εναλλακτική προσέγγιση είναι η αλληλουχία κάθε ιικού γονιδιώματος ξεχωριστά, όπως γίνεται από τον μικροβιολόγο Manuel Martinez-Garcia του Πανεπιστημίου του Αλικάντε στην Ισπανία. Αφού πέρασε το θαλασσινό νερό από φίλτρα, απομόνωσε ορισμένους συγκεκριμένους ιούς, ενίσχυσε το DNA τους και προχώρησε σε αλληλούχιση.

Μετά την πρώτη προσπάθεια, βρήκε 44 γονιδιώματα. Αποδείχθηκε ότι ένας από αυτούς είναι ένας τύπος ενός από τους πιο συνηθισμένους ιούς που ζουν στον ωκεανό. Αυτός ο ιός έχει τόσο μεγάλη γενετική ποικιλομορφία (δηλαδή, τα γενετικά θραύσματα των ιικών σωματιδίων του είναι τόσο διαφορετικά σε διαφορετικά ιικά σωματίδια) που το γονιδίωμά του δεν έχει εμφανιστεί ποτέ στη μεταγονιδιωματική έρευνα. Οι επιστήμονες το ονόμασαν "37-F6" λόγω της θέσης του σε ένα πιάτο εργαστηρίου. Ωστόσο, αστειεύτηκε ο Martinez-Garcia, δεδομένης της ικανότητας του γονιδιώματος να κρύβεται σε κοινή θέα, θα έπρεπε να είχε το όνομά του 007 από τον σούπερ πράκτορα Τζέιμς Μποντ.

Οικογενειακά δέντρα των ιών

Τέτοιοι ωκεάνιοι ιοί, τόσο μυστικοί όσο ο Τζέιμς Μποντ, δεν έχουν επίσημη λατινική ονομασία, όπως και τα περισσότερα από τα χιλιάδες ιικά γονιδιώματα που ανακαλύφθηκαν την τελευταία δεκαετία χρησιμοποιώντας μεταγονιδιωματική. Αυτές οι γονιδιωματικές αλληλουχίες έθεσαν ένα δύσκολο ερώτημα για το ICTV: Είναι αρκετό ένα γονιδίωμα για να ονομάσει τον ιό; Μέχρι το 2016, υπήρχε η ακόλουθη σειρά: εάν οι επιστήμονες πρότειναν οποιονδήποτε νέο τύπο ιού ή ταξινομική ομάδα για ICTV, τότε, με σπάνιες εξαιρέσεις, ήταν απαραίτητο να παρέχεται σε καλλιέργεια όχι μόνο αυτός ο ιός, αλλά και ο οργανισμός ξενιστής. Αλλά το 2016, μετά από έντονη συζήτηση, οι ιολόγοι συμφώνησαν ότι ένα γονιδίωμα θα ήταν αρκετό.

Οι αιτήσεις για νέους ιούς και ομάδες ιών άρχισαν να φτάνουν. Αλλά οι εξελικτικές σχέσεις μεταξύ αυτών των ιών παρέμειναν μερικές φορές ασαφείς. Οι ιολόγοι συνήθως ταξινομούν τους ιούς με βάση το σχήμα τους (για παράδειγμα, "μακρύ", "λεπτό", "κεφαλή και ουρά") ή με βάση το γονιδίωμά τους (DNA ή RNA, μονόκλωνο ή δίκλωνο), αλλά αυτές οι ιδιότητες μας λένε εκπληκτικά λίγα. για την κοινή τους καταγωγή. Για παράδειγμα, οι ιοί με γονιδιώματα δίκλωνου DNA φαίνεται να έχουν προέλθει από τουλάχιστον τέσσερις διαφορετικές καταστάσεις.

Η αρχική ταξινόμηση των ιών ICTV (που υποδηλώνει ότι το δέντρο των ιών και το δέντρο των μορφών κυτταρικής ζωής υπάρχουν χωριστά το ένα από το άλλο) περιλάμβανε μόνο τα κατώτερα στάδια της εξελικτικής ιεραρχίας, που κυμαίνονται από είδη και γένη έως το επίπεδο που, σύμφωνα με ταξινόμηση της πολυκύτταρης ζωής, είναι ισοδύναμη με πρωτεύοντα ή κωνοφόρα. Δεν υπήρχαν υψηλότερα επίπεδα της εξελικτικής ιεραρχίας των ιών. Και πολλές οικογένειες ιών υπήρχαν μεμονωμένα, χωρίς καμία σχέση με άλλους τύπους ιών. Έτσι, το 2018, η ICTV πρόσθεσε επίπεδα υψηλότερης τάξης για την ταξινόμηση των ιών: κλάσεις, τύπους και σφαίρες.

Στην κορυφή της ταξινόμησης των ιών το ICTV θέτει ομάδες που ονομάζονται "βασίλεια" (realms), τα οποία είναι ανάλογα "τομέων" για κυτταρικές μορφές ζωής (βακτήρια, αρχαία και ευκαρυώτες), π.χ. Το ICTV χρησιμοποίησε διαφορετική λέξη για να διακρίνει τα δύο δέντρα. (Πριν από αρκετά χρόνια, ορισμένοι επιστήμονες πρότειναν ότι ορισμένοι ιοί θα μπορούσαν πιθανώς να χωρέσουν στο δέντρο των μορφών κυτταρικής ζωής· αλλά αυτή η ιδέα δεν έχει λάβει ευρεία έγκριση.)

Το ICTV έχει περιγράψει τους κλάδους του δέντρου του ιού και έχει εκχωρήσει ιούς RNA σε μια περιοχή που ονομάζεται Riboviria. Παρεμπιπτόντως, μέρος αυτής της περιοχής είναι ο ιός SARS-CoV-2 και άλλοι κοροναϊοί, των οποίων τα γονιδιώματα είναι μονόκλωνα RNA. Αλλά τότε η τεράστια κοινότητα των ιολόγων έπρεπε να προτείνει επιπλέον ταξινομικές ομάδες. Συμβαίνει ότι ο εξελικτικός βιολόγος Eugene Koonin του Εθνικού Κέντρου Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών στη Bethesda του Μέριλαντ, συγκέντρωσε μια ομάδα επιστημόνων για να βρει έναν πρώτο τρόπο για να κατηγοριοποιήσει τους ιούς. Για το σκοπό αυτό, ο Kunin αποφάσισε να αναλύσει όλα τα γονιδιώματα του ιού, καθώς και τα αποτελέσματα των μελετών για τις ιικές πρωτεΐνες.

Αναδιοργάνωσαν την περιοχή Riboviria και πρότειναν άλλα τρία βασίλεια. Υπήρξαν διαφωνίες για ορισμένες από τις λεπτομέρειες, είπε ο Kunin, αλλά το 2020 η συστηματοποίηση εγκρίθηκε από τα μέλη του ICTV χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία. Σε δύο ακόμη βασίλεια δόθηκε το πράσινο φως το 2021, σύμφωνα με τον Kunin, αλλά τα αρχικά τέσσερα είναι πιθανό να παραμείνουν τα μεγαλύτερα. Στο τέλος, προτείνει ο Kunin, ο αριθμός των βασιλείων θα μπορούσε να φτάσει τα 25.

Αυτός ο αριθμός επιβεβαιώνει την υποψία πολλών επιστημόνων: οι ιοί δεν έχουν κοινό πρόγονο. «Δεν υπάρχει μόνος πρόγονος για όλους τους ιούς», λέει ο Kunin. «Απλώς δεν υπάρχει». Αυτό σημαίνει ότι οι ιοί έχουν εμφανιστεί πιθανώς αρκετές φορές σε όλη την ιστορία της ζωής στη Γη. Επομένως, δεν έχουμε λόγο να πούμε ότι οι ιοί δεν μπορούν να εμφανιστούν ξανά. «Νέοι ιοί εμφανίζονται συνεχώς στη φύση», λέει ο ιολόγος Mart Krupovic του Ινστιτούτου Παστέρ στο Παρίσι, ο οποίος έχει συμμετάσχει τόσο στη λήψη αποφάσεων του ICTV όσο και στην ερευνητική εργασία της ομάδας Kunin για τη συστηματοποίηση.

Οι ιολόγοι έχουν αρκετές υποθέσεις σχετικά με τα αίτια των βασιλείων. Ίσως τα βασίλεια προήλθαν από ανεξάρτητα γενετικά στοιχεία στην αυγή της ζωής στον πλανήτη Γη, ακόμη και πριν σχηματιστούν τα κύτταρα. Ή ίσως άφησαν ολόκληρα κύτταρα, «ξέφυγαν» από αυτά, εγκαταλείποντας τους περισσότερους κυτταρικούς μηχανισμούς για να διατηρήσουν την ύπαρξή τους σε ένα ελάχιστο επίπεδο. Ο Κούνιν και ο Κρούποβιτς τάσσονται υπέρ της υβριδικής υπόθεσης, σύμφωνα με την οποία αυτά τα πρωτογενή γενετικά στοιχεία «έκλεψαν» το γενετικό υλικό από το κύτταρο για να δημιουργήσουν ιικά σωματίδια. Δεδομένου ότι υπάρχουν πολλές υποθέσεις σχετικά με την προέλευση των ιών, είναι πολύ πιθανό να υπάρχουν πολλοί τρόποι εμφάνισής τους, λέει ο ιολόγος Jens Kuhn, ο οποίος εργάστηκε στην επιτροπή ICTV σε μια πρόταση για μια νέα συστηματοποίηση των ιών.

Παρά το γεγονός ότι τα ιογενή και τα κυτταρικά δέντρα είναι διαφορετικά, τα κλαδιά τους όχι μόνο αγγίζουν, αλλά και ανταλλάσσουν γονίδια. Πού πρέπει λοιπόν να ταξινομηθούν οι ιοί - έμψυχοι ή άψυχοι; Η απάντηση εξαρτάται από το πώς ορίζεις το "ζωντανό". Πολλοί επιστήμονες δεν θεωρούν τον ιό ως ζωντανό ον, ενώ άλλοι διαφωνούν. «Τείνω να πιστεύω ότι είναι ζωντανοί», λέει ο επιστήμονας βιοπληροφορικής Hiroyuki Ogata, ο οποίος ερευνά τους ιούς στο Πανεπιστήμιο του Κιότο στην Ιαπωνία. «Εξελίσσονται, έχουν γενετικό υλικό από DNA και RNA. Και είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας στην εξέλιξη όλων των ζωντανών όντων».

Η τρέχουσα ταξινόμηση είναι ευρέως αποδεκτή και αντιπροσωπεύει την πρώτη προσπάθεια γενίκευσης της ποικιλίας των ιών, αν και ορισμένοι ιολόγοι πιστεύουν ότι είναι κάπως ανακριβής. Δωδεκάδες οικογένειες ιών εξακολουθούν να μην έχουν καμία σχέση με κανένα βασίλειο. «Τα καλά νέα είναι ότι προσπαθούμε να βάλουμε τουλάχιστον κάποια τάξη σε αυτό το χάος», προσθέτει ο μικροβιολόγος Manuel Martinez-Garcia.

Άλλαξαν τον κόσμο

Η συνολική μάζα των ιών που ζουν στη Γη ισοδυναμεί με 75 εκατομμύρια μπλε φάλαινες. Οι επιστήμονες είναι βέβαιοι ότι οι ιοί επηρεάζουν τους τροφικούς ιστούς, τα οικοσυστήματα, ακόμη και την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Σύμφωνα με τον ειδικό περιβαλλοντικής ιολογίας Μάθιου Σάλιβαν από το Πανεπιστήμιο του Οχάιο στο Κολόμπους, οι επιστήμονες ανακαλύπτουν όλο και περισσότερο νέους τύπους ιών, με τους ερευνητές να «ανακαλύπτουν άγνωστους μέχρι τώρα τρόπους με τους οποίους οι ιοί έχουν άμεσο αντίκτυπο στα οικοσυστήματα». Οι επιστήμονες προσπαθούν να ποσοτικοποιήσουν αυτή την έκθεση στον ιό.

«Αυτή τη στιγμή δεν έχουμε καμία απλή εξήγηση για τα φαινόμενα που συμβαίνουν», λέει ο Hiroyuki Ogata.

Στους ωκεανούς του κόσμου, οι ιοί μπορούν να εγκαταλείψουν τα μικρόβια του ξενιστή τους, απελευθερώνοντας άνθρακα, ο οποίος θα ανακυκλωθεί από άλλα πλάσματα που τρώνε το εσωτερικό αυτών των μικροβίων ξενιστή και στη συνέχεια απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Αλλά πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες κατέληξαν επίσης στο συμπέρασμα ότι τα κύτταρα που εκρήγνυνται συχνά συσσωρεύονται και βυθίζονται στον πυθμένα των ωκεανών του κόσμου, δεσμεύοντας τον άνθρακα από την ατμόσφαιρα.

Το λιώσιμο του μόνιμου παγετού στην ξηρά είναι η κύρια πηγή παραγωγής άνθρακα, είπε ο Μάθιου Σάλιβαν, και οι ιοί φαίνεται να βοηθούν στην απελευθέρωση άνθρακα από μικροοργανισμούς σε αυτό το περιβάλλον. Το 2018, ο Sullivan και οι συνεργάτες του περιέγραψαν 1.907 ιικά γονιδιώματα και τα θραύσματά τους που συλλέχθηκαν κατά την απόψυξη του μόνιμου παγετού στη Σουηδία, συμπεριλαμβανομένων γονιδίων για πρωτεΐνες που μπορούν με κάποιο τρόπο να επηρεάσουν τη διαδικασία αποσύνθεσης των ενώσεων άνθρακα και, πιθανώς, τη διαδικασία μετατροπής τους σε αέρια θερμοκηπίου..

Οι ιοί μπορούν να επηρεάσουν και άλλους οργανισμούς (για παράδειγμα, να ανακατέψουν τα γονιδιώματά τους). Για παράδειγμα, οι ιοί μεταφέρουν γονίδια για αντίσταση στα αντιβιοτικά από το ένα βακτήριο στο άλλο και τα ανθεκτικά στα φάρμακα στελέχη μπορεί τελικά να επικρατήσουν. Σύμφωνα με τον Luis Camarillo-Guerrero, με την πάροδο του χρόνου, μια τέτοια μεταφορά γονιδίων μπορεί να προκαλέσει σοβαρές εξελικτικές αλλαγές σε έναν συγκεκριμένο πληθυσμό - και όχι μόνο στα βακτήρια. Έτσι, σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, το 8% του ανθρώπινου DNA είναι ιικής προέλευσης. Έτσι, για παράδειγμα, ήταν από τον ιό που οι πρόγονοί μας των θηλαστικών έλαβαν το γονίδιο που είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη του πλακούντα.

Οι επιστήμονες θα χρειαστούν περισσότερα από το γονιδίωμά τους για να λύσουν πολλά από τα ερωτήματα σχετικά με τη συμπεριφορά των ιών. Είναι επίσης απαραίτητο να βρεθούν οι ξενιστές του ιού. Σε αυτήν την περίπτωση, το στοιχείο μπορεί να αποθηκευτεί στον ίδιο τον ιό: ο ιός, για παράδειγμα, μπορεί να περιέχει ένα αναγνωρίσιμο θραύσμα του γενετικού υλικού του ξενιστή στο δικό του γονιδίωμα.

Ο μικροβιολόγος Manuel Martinez-Garcia και οι συνεργάτες του έχουν χρησιμοποιήσει μονοκύτταρα γονιδιωματικά για να αναγνωρίσουν μικρόβια που περιέχουν τον ιό 37-F6 που ανακαλύφθηκε πρόσφατα. Ο οργανισμός ξενιστής αυτού του ιού είναι το βακτήριο Pelagibacter, το οποίο είναι ένας από τους πιο διαδεδομένους και διαφορετικούς θαλάσσιους οργανισμούς. Σε ορισμένες περιοχές των ωκεανών του κόσμου, το Pelagibacter αντιπροσωπεύει σχεδόν τα μισά από όλα τα κύτταρα που ζουν στα νερά του. Αν ο ιός 37-F6 εξαφανιζόταν ξαφνικά, συνεχίζει ο Martinez-Garcia, η ζωή των υδρόβιων οργανισμών θα διαταράσσονταν σοβαρά.

Οι επιστήμονες πρέπει να καταλάβουν πώς αλλάζει τον ξενιστή του για να έχουν μια πλήρη εικόνα της επίδρασης ενός συγκεκριμένου ιού, εξηγεί η εξελικτική οικολόγος Alexandra Worden του Ocean Science Center. Helmholtz (GEOMAR) στο Κίελο της Γερμανίας. Ο Warden μελετά γιγάντιους ιούς που φέρουν γονίδια για μια φθορίζουσα πρωτεΐνη που ονομάζεται ροδοψίνη.

Κατ' αρχήν, αυτά τα γονίδια μπορούν επίσης να είναι χρήσιμα για οργανισμούς ξενιστές, για παράδειγμα, για σκοπούς όπως η μεταφορά ενέργειας ή η μετάδοση σημάτων, αλλά αυτό το γεγονός δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί. Για να ανακαλύψει τι συμβαίνει με τα γονίδια της ροδοψίνης, η Alexandra Vorden σχεδιάζει να καλλιεργήσει τον οργανισμό ξενιστή (ξενιστή) μαζί με τον ιό, προκειμένου να μελετήσει τον μηχανισμό λειτουργίας αυτού του ζεύγους (host-virus), ενωμένο σε ένα ενιαίο σύμπλεγμα. - "virocell".

«Μόνο μέσω της κυτταρικής βιολογίας μπορείτε να πείτε ποιος είναι ο πραγματικός ρόλος αυτού του φαινομένου και πώς ακριβώς επηρεάζει τον κύκλο του άνθρακα», προσθέτει ο Warden.

Στο σπίτι της στη Φλόριντα, η Μάγια Μπράιτμπαρτ δεν καλλιέργησε ιούς που απομονώθηκαν από τις αράχνες Gasteracantha cancriformis, αλλά κατάφερε να μάθει δύο πράγματα για αυτούς. Οι δύο προηγουμένως άγνωστοι ιοί που βρέθηκαν σε αυτές τις αράχνες ανήκουν στην ομάδα που ο Brightbart περιέγραψε ως «καταπληκτικούς» - και όλα λόγω των μικροσκοπικών γονιδιωμάτων τους: ο πρώτος κωδικοποιεί το γονίδιο για το πρωτεϊνικό κάλυμμα, ο δεύτερος - το γονίδιο για την πρωτεΐνη αντιγραφής.

Δεδομένου ότι ένας από αυτούς τους ιούς υπάρχει μόνο στο σώμα της αράχνης, αλλά όχι στα πόδια της, ο Brightbart πιστεύει ότι στην πραγματικότητα η λειτουργία του είναι να μολύνει το θήραμα, το οποίο στη συνέχεια τρώγεται από την αράχνη. Ο δεύτερος ιός μπορεί να βρεθεί σε διάφορες περιοχές του σώματος της αράχνης - στον συμπλέκτη των αυγών και των απογόνων - έτσι ο Brightbart πιστεύει ότι αυτός ο ιός μεταδίδεται από γονέα σε απογόνους. Σύμφωνα με τον Brightbart, αυτός ο ιός είναι ακίνδυνος για την αράχνη.

Έτσι, οι ιοί είναι «στην πραγματικότητα ο πιο εύκολος εντοπισμός», λέει η Maya Brightbart. Είναι πολύ πιο δύσκολο να προσδιοριστεί ο μηχανισμός με τον οποίο οι ιοί επηρεάζουν τον κύκλο ζωής και την οικολογία του οργανισμού ξενιστή. Αλλά πρώτα, οι ιολόγοι πρέπει να απαντήσουν σε μια από τις πιο δύσκολες ερωτήσεις, μας υπενθυμίζει ο Brightbart: «Πώς ξέρουμε ποιο να ερευνήσουμε εξαρχής;»