Гігантські віруси могли бути прабатьками всього живого
Жан-Мішель Клавері (Jean-Michel Claverie) і Шанталь Абержель (Chantal Abergel) - відомі на весь світ вірусологи, які присвятили свою кар`єру вивченню гігантських вірусів. Саме вони відкрили пітовірус, що пролежав 30 тисяч років в сибірських льодах і вижив після стількох років суворих умов.
Досліджуючи природу незвичайних гігантських вірусів, вчені виявили, що вони мають куди більш дивними властивостями, ніж можна було припускати. Перш за все, на відміну від переважної більшості вірусів, пітовірус володіє дуже великими розмірами - він навіть більше деяких бактерій. Але найдивніше, він не повністю залежить від хазяйського організму, як годиться вірусам, і здатний виробляти деякі етапи реплікації самостійно.
До того ж досить велика кількість генів пітовіруса відрізняються від генетичного набору у інших вірусів, які найчастіше мають лише чотири гена. Пітовірус ж володіє п`ятьмастами, і деякі з них використовуються для виконання складних завдань, таких як створення білків, відновлення і реплікація ДНК.
В силу цих дивних властивостей Клавері і Абержель припустили, що саме гігантські віруси можуть бути ключем до розгадки зародження життя на Землі. Нагадаємо, що звичайні віруси біологи навіть до царства Життя не зараховують, а називають їх неклітинні інфекційними агентами.
"Як правило, віруси покладаються на клітинні механізми організмів-господарів, які повинні допомогти їм в реплікації. Тому їм потрібні чужі клітини для використання цих механізмів в своїх цілях. Іншими словами, без клітин віруси не можуть існувати", - Розповідає Джек Шостак (Jack Szostak), найвідоміший біохімік з Гарвардського університету і лауреат Нобелівської премії.
Деякі вчені кажуть, що відкриття гігантських вірусів може перевернути наші уявлення про ці інфекційних агентів. Вони припускають, що предки сучасних вірусів могли надати "сировину" для розвитку клітинної життя і допомагали диверсифікації живих організмів і становленню різних видів.
"Гігантські віруси є ідеальним прикладом того, як світ простих вірусоподібних елементів може перетворитися в щось набагато складніше", - Говорить Євген Кунин (Eugene Koonin), обчислювальний біолог з Національного інституту охорони здоров`я США, який описав свою теорію про вірусне походження життя в статті, опублікованій в журналі Microbiology and Molecular Biology Reviews.
Кунин і інші вірусологи поступово збирають докази того, що вірусоподібні елементи стимулювали деякі з найбільш важливих етапів становлення життя: еволюція ДНК, формування перших клітин і розкол життя на три домену -археі, бактерії і еукаріоти. Археї і бактерії, одноклітинні організми, існували задовго до появи еукаріотів, які виникли в результаті злиття перших двох доменів.
Пітовірус, довжина якого становить 1,5 мікрометра (фото Jean-Michel Claverie, Chantal Abergel).
Відео: 5 Міфічних істот, які Можливо Існують
Загальноприйняті теорії щодо походження вірусів свідчать, що вони з`явилися або з вироджених клітин, які втратили здатність до автономної реплікації, або з генів, з якоїсь причини покинули межі живої клітини. Гігантські віруси, вперше описані в 2003 році, підірвали авторитет цих двох теорій, оскільки були абсолютно новий, незвичайний тип організму.
Вченим потрібні були роки, щоб ідентифікувати гігантські віруси. Спочатку вони вирішили, що перед ними бактерія, оскільки структура володіла приблизно такими ж розмірами, як і багато бактерій. До того ж в результаті обробки особливим хімічною речовиною, яка забарвлює тільки деякі бактерії, гігантський вірус набув яскраво-синє забарвлення. Однак незважаючи на все це, всі спроби виростити організм в лабораторії виявилися марними. Залишивши експерименти, вчені помістили унікальний зразок в морозильну камеру.
Відео: Топ Факт - Всі випуски
Приблизно десять років по тому аспіранти забрали організм і віднесли його в лабораторію до Дідьє Раулю (Didier Raoult), французькому мікробіологові, що спеціалізується на бактеріях, яких важко виростити в лабораторних умовах. Спочатку для вивчення організму дослідник розглянув його в потужний електронний мікроскоп.
Тоді ж з Раулем працювали Клавері і Абержель, але над іншим проектом. Вони відразу ж розпізнали вірусоподібні форму, незважаючи ні на розміри досліджуваного організму, ні на його інші незвичайні властивості. Вірусологи негайно ж взялися за вивчення генома гігантського вірусу і виявили в його ДНК тисячі генів, що навіть більше, ніж у деяких бактерій. Тоді вчені назвали організм мімівіруса (від MImicking MIcrobe VIRUS або "вірус, що імітують мікробів") За те, що амеби брали його за бактерій і намагалися поглинути.
Клавері і Абержель давно підозрювали, що гігантські віруси повинні бути широко поширені в природі, але залишаються непоміченими через їх розміру. Вони взяли зразки води, що буяє амебами, практично в кожному місці, де побували. У двох образах (один з Мельбурна, інший з берегів Чилі) вони знайшли ще більший вірус і назвали його пандоравірусом.
"Кожен експеримент ми повторили по 10 разів. Вірус був настільки незвичним, що ми думали, що десь допустили помилку", - Згадує Абержель.
Оскільки пандоравірус мав разюче великим числом генів, приблизно 2500 штук, вчені вирішили, що пора відносити гігантські віруси до нової форми життя. Найдивовижніше, що більше 90% генів вірусу не мали нічого спільного з іншими організмами, що населяють Землю.
Пізніше Клавері і Абержель виявили пітовірус, який перевершує пандоравірус за своїми розмірами і не поступається йому в чисельності генів. Незвичайний генофонд змусив вчених задуматися про походження гігантських вірусів. Оскільки гени патогенів сильно відрізнялися від інших організмів, біологи припустили, що предки гігантських вірусів виникли на дуже ранньому етапі зародження життя.
Ця ідея йде врозріз із загальноприйнятою теорією про те, що віруси виникли в дуже пізньої історії еволюції життя. Але чи могли віруси з`явиться до формування клітинної життя?
Кунин і його колеги вважають, що віруси передували клітинної життя. Згідно з його теорією, що отримала назву "вірусний світ" (Virus World), предки сучасних вірусів виникли, коли все життя було ще плаваючою в водоймах Землі генетичною інформацією з амінокислот і ліпідів. Найбільш ранні зразки генетичного матеріалу, швидше за все, представляли собою відрізки РНК з відносно невеликим набором генів, які часто паразитували на інших формах протожізні, щоб створювати копії самих себе.
ці "лисі" ділянки генетичної інформації постійно обмінювалися генами, забираючи другосортні одиниці у сусідів і вивільняючи те, що їм було вже не потрібно. Згодом, стверджує Кунин, паразитичні генетичні елементи виявилися не в змозі відтворюватися самостійно і перетворилася в сучасних вірусів, які як і раніше не можуть існувати без чужих клітин. А гени, на яких вони перш паразитували, почали створювати бар`єри для захисту себе від генетичних халявщиків, і так в кінцевому підсумку з`явилася клітинна життя.
Теорія вірусного світу за своєю суттю схожа з гіпотезою світу РНК, в якій мовиться, що життя вперше з`явилися у вигляді невеликих ділянок РНК, які повільно розвинулися в складні організми-носії ДНК. Обидві версії узгоджуються в тому, як виник перший генетичний матеріал, але розрізняються в тому, коли саме виникли перші віруси - до або після клітин.
Прихильники того, що віруси виникли першочергово, оперують декількома вагомими доказами. По-перше, різноманітність вірусів сильно перевищує різноманітність представників клітинної життя. А якби віруси були вторинним продуктом, то їх диверсифікація була б значно біднішими, оскільки клітини б містили весь спектр генів, доступних вірусам.
"Та ж сама дилема виникає, коли ми говоримо про походження людей. Ми знаємо, що люди - вихідці з Африки, так як генетична різноманітність серед жителів цього континенту набагато більше, ніж в будь-якій іншій точці планети. Якщо це вірно для людей, то чому це не вірно для вірусів?" - Задається питанням Кунин.
Відео: Що вони там розпорошують? Фільм про хіміотраси і хімтрейлах
По-друге, віруси набагато більш "винахідливі", Коли мова заходить про самовідтворення. У клітин є всього два способи реплікації їх ДНК: одним розташовують бактерії, а іншим - археї і еукаріоти. Віруси користуються всім іншим.
Мімівірус, один з перших гігантських вірусів, знайдених вченими (ілюстрація Wikimedia Commons).
Існує і ще одна проміжна теорія, яка говорить, що віруси могли з`явитися після примітивних клітин і до сучасних. Окремі віруси, які заражають три різних домену життя, мають деякі загальні білки, що дозволяє припустити, що віруси розвивалися до виникнення життя в сучасному розумінні. Однак, на думку прихильників теорії вірусного світу, віруси існували задовго до появи предка всього живого на Землі.
Вивчення гігантських вірусів призвело до майже філософського питання про те, що є життя. Відповідно до стандартного визначення, традиційні віруси не живі організми, оскільки вони не здатні реплицировать власні гени і повинні "красти" у хазяйських клітин.
Відео: 5 НАУКОВИХ ПРИЧИН ІСНУВАННЯ ЗОМБИ - Моя Десятка
Але гігантські віруси стоять десь посередині між бактеріями і звичайними вірусами. У них є деякі гени, що беруть участь в реплікації, що вказує на можливість існування етапу їх еволюції, при якому вони могли бути незалежними організмами.
Деякі дослідники стверджують, що з цієї причини їм необхідно відвести окремий домен на дереві життя. У цю ж користь говорить той факт, що гігантські віруси мають унікальні тільки для себе генами, що не схожими ні на які інші.
Проте, гігантські віруси були згруповані в більші сімейства вірусів, відомі як цитоплазматические великі ДНК-віруси, в які також входять віруси віспи. Гігантські віруси є набагато складнішими, ніж ті, що викликають віспу, тому вчені вирішили, що вони виникли пізніше в історії еволюції. Однак подальша робота вчених вказала на те, що ці віруси еволюціонували набагато раніше, ніж передбачалося.
Густаво Каетано-Анольес (Gustavo Caetano-Anolles) з університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн простежив еволюційну історію білків, виявлених в декількох гігантських віруси при дослідженні 2012 року. Його робота показує, що гігантські віруси являють собою форму життя, яка або передувала, або співіснувала з останнім універсальним спільним предком всього живого.
Якщо гігантські віруси так старі, як показує робота Каетано-Анольеса, то біологічну історію Землі необхідно докорінно переглянути. В такому випадку провідну роль у зародженні життя зіграли саме віруси. Це також може означати, що віруси є однією з домінуючих еволюційних сил на нашій планеті, і що кожен організм має своє вірусне минуле.
Шостак вважає, що віруси дійсно були потужною еволюційної силою, і що вони еволюціонували раніше, ніж вчені колись вважали. Однак він вказує на суттєву різницю між паразитарними генетичними елементами, які представляли собою ділянки генетичного матеріалу, які використовують інші ділянки генетичного матеріалу, щоб зробити копії себе, і істинними вірусами, які не можуть існувати без клітки.
"Всякий раз, коли ви змішуєте купу маленьких молекул РНК, ви отримуєте купу паразитарних послідовностей, які гарні тільки тим, що вміють швидко реплицироваться. Для того щоб ці послідовності стали схожі на сучасні віруси, вони повинні паразитувати на живій клітині, а не просто на ще одній нитки РНК", - Зазначає Шостак.
Прихильники теорії вірусного світу говорять, що клітини не могли еволюціонувати без участі вірусів: для того щоб перейти від РНК до ДНК, необхідний фермент зворотної транскриптази, а вони містяться тільки у вірусах, але не в клітинах.
Клавері і Абержель, проте, вважають, що віруси вийшли з клітин. Вони пропонують інше пояснення незвичайного набору генів у гігантських вірусів: ймовірно, вони походять від тих клітин, які на цей момент вже вимерли.
Відповідно до цієї теорії, предок гігантських вірусів втратив здатність до реплікації в якості незалежної форми життя і був змушений покладатися на інші клітини, щоб скопіювати власну ДНК. Шматочки генів цих древніх клітин вижили в сучасних мімівіруса, пандоравірусах і пітовірусах, що може бути логічним поясненням наявності унікальних генів.
"У всього живого не може бути єдиного загального предка. У ранній історії існувало безліч клітин живих організмів, які конкурували один з одним і залишили одного переможця, який ліг в основу життя, який ми її знаємо сьогодні", - Вважає Клавері.
Суперечки на цю тему навряд чи вщухнуть найближчим часом. Але вірусологи вже шукають нових гігантських вірусів, які, можливо, проллють світло на історію еволюції життя в цілому.
