Wirusowa eukariogeneza

Wirusowa eukariogeneza to hipoteza , że ​​jądro komórkowe eukariotycznych form życia wyewoluowało z dużego wirusa DNA w formie endosymbiozy w metanogennym archeonie lub bakterii . Wirus później przekształcił się w jądro eukariotyczne poprzez nabycie genów z genomu gospodarza i ostatecznie uzurpować sobie swoją rolę. Hipoteza została po raz pierwszy zaproponowana przez Philipa Bella w 2001 roku, a następnie została spopularyzowana wraz z odkryciem dużych, złożonych wirusów DNA (takich jak Mimivirus ), które są zdolne do biosyntezy białek .

Wirusowa eukariogeneza budzi kontrowersje z kilku powodów. Po pierwsze, czasami argumentuje się, że domniemane dowody na wirusowe pochodzenie jądra można odwrotnie wykorzystać do zasugerowania jądrowego pochodzenia niektórych wirusów. Po drugie, ta hipoteza jeszcze bardziej zaogniła trwającą od dawna debatę na temat tego, czy wirusy są żywymi organizmami .

Hipoteza

Hipoteza wirusowej eukariogenezy zakłada, że ​​eukarionty składają się z trzech przodków: składnika wirusowego, który stał się współczesnym jądrem; komórka prokariotyczna ( archeon według hipotezy eocytów ), która przekazała cytoplazmę i błonę komórkową współczesnych komórek; i inna komórka prokariotyczna (tutaj bakteria ), która w wyniku endocytozy stała się nowoczesnym mitochondrium lub chloroplastem .

W 2006 roku naukowcy zasugerowali, że przejście z genomów RNA do DNA po raz pierwszy nastąpiło w świecie wirusów. Wirus oparty na DNA mógł zapewniać pamięć starożytnemu gospodarzowi, który wcześniej używał RNA do przechowywania informacji genetycznych (taki gospodarz nazywany jest rybokomórką lub rybocytem). Wirusy mogły początkowo przyjąć DNA jako sposób na opór enzymom rozkładającym RNA w komórkach gospodarza. W związku z tym wkład takiego nowego składnika mógł być równie znaczący, jak wkład chloroplastów lub mitochondriów . Podążając za tą hipotezą, archeony, Bakterie i eukarioty otrzymały swój system informacyjny DNA od innego wirusa. W oryginalnej pracy była to również RNA pochodzenia eukariontów, ale ostatecznie bardziej złożona, obejmująca przetwarzanie RNA . Chociaż jest to sprzeczne z bardziej prawdopodobną obecnie hipotezą eocytów, wydaje się, że wirusy przyczyniły się do powstania wszystkich trzech domen życia („hipoteza poza wirusem”). Sugerowano również, że telomeraza i telomery są kluczowymi aspektami replikacji komórek eukariotycznych , mają pochodzenie wirusowe. Co więcej, wirusowe pochodzenie współczesnego jądra eukariotycznego mogło opierać się na wielokrotnych infekcjach komórek archeonów niosących bakteryjne prekursory mitochondrialne wirusami lizogennymi .

Hipoteza wirusowej eukariogenezy przedstawia model ewolucji eukariotycznej, w którym wirus, podobny do współczesnego wirusa ospy , ewoluował w jądro poprzez nabycie genów z istniejących gatunków bakterii i archeonów. Wirus lizogeniczny stał się wówczas centrum przechowywania informacji dla komórki, podczas gdy komórka zachowała swoje zdolności do translacji genów i ogólnej funkcji pomimo wejścia genomu wirusowego. Podobnie gatunki bakterii biorące udział w tej eukariogenezie zachowały zdolność do wytwarzania energii w postaci ATP , jednocześnie przekazując wiele informacji genetycznych do tego nowego jądra wirusa organelle . Przypuszcza się, że współczesny cykl komórkowy , w którym mitoza , mejoza i płeć występują u wszystkich eukariontów, wyewoluował dzięki równowadze osiąganej przez wirusy, która charakterystycznie podąża za wzorcem kompromisu między zarażeniem jak największej liczby żywicieli a zabiciem pojedynczego żywiciela poprzez proliferacja wirusa. Hipotetycznie replikacji wirusów mogą odzwierciedlać cykle plazmidów i wirusowych lizogenów . Jednak ta teoria jest kontrowersyjna i konieczne są dodatkowe eksperymenty z wirusami archeologicznymi, ponieważ są one prawdopodobnie najbardziej ewolucyjnie podobne do współczesnych jąder eukariotycznych.

Hipoteza wirusowej eukariogenezy wskazuje na cykl komórkowy eukariontów, zwłaszcza płeć i mejozę, jako dowód. Niewiele wiadomo o pochodzeniu DNA lub reprodukcji w komórkach prokariotycznych lub eukariotycznych. Jest zatem możliwe, że wirusy brały udział w tworzeniu pierwszych komórek Ziemi. Jądro eukariotyczne zawiera liniowy DNA z wyspecjalizowanymi sekwencjami końcowymi, takimi jak wirusy (w przeciwieństwie do genomów bakteryjnych, które mają topologię kołową); wykorzystuje capping mRNA i oddziela transkrypcję od translacji . Jądra eukariotyczne są również zdolne do replikacji cytoplazmatycznej. Niektóre duże wirusy mają własną polimerazę RNA kierowaną przez DNA . Przenoszenie „zakaźnych” jąder zostało udokumentowane w wielu pasożytniczych algach czerwonych .

Dowód potwierdzający

Niedawne dowody potwierdzające obejmują odkrycie, że po zakażeniu komórki bakteryjnej gigantyczny bakteriofag 201 Φ2-1 (z rodzaju Phikzvirus ) gromadzi strukturę podobną do jądra wokół regionu replikacji genomu i rozprzęga transkrypcję i translację, a zsyntetyzowany mRNA jest następnie transportowany do cytoplazmy, gdzie ulega translacji. Ci sami badacze odkryli również, że ten sam fag koduje eukariotyczny homolog tubuliny ( PhuZ ), który odgrywa rolę pozycjonowania fabryki wirusa w centrum komórki podczas replikacji genomu. Wrzeciono PhuZ ma kilka unikalnych właściwości z wrzecionami eukariotycznymi: dynamiczna niestabilność, dwubiegunowe układy włókien i centralne pozycjonowanie DNA. Ponadto wiele klas wirusów nukleocytoplazmatycznego dużego DNA (NCLDV), takich jak mimiwirusy posiadają aparaturę do wytwarzania mRNA z czapeczką m7G i zawierają homologi eukariotycznego białka wiążącego czapeczkę eIF4E. Zwolennicy eukariogenezy wirusowej również wskazują na brak tych cech u archeonów, dlatego uważają, że spora luka oddziela grupy archeonów najbardziej spokrewnione z eukariontami i same eukarionty pod względem jądra. W świetle tych i innych odkryć Bell zmodyfikował swoją pierwotną tezę, sugerując, że wirusowym przodkiem jądra był raczej wirus podobny do NCLDV, a nie wirus podobny do ospy. Kolejnym dowodem potwierdzającym jest to, że m7G aparat zamykający (zaangażowany w rozprzęganie transkrypcji od translacji) jest obecny zarówno u Eukarya , jak i Mimiviridae , ale nie u Lokiarchaeota , które są uważane za najbliższych archeologicznych krewnych Eukaryi zgodnie z hipotezą Eocyte (również popartą analizą filogenetyczną szlaku zamykania m7G ).

Implikacje

Możliwych jest kilka przykazań w teorii. Na przykład wirus helikalny z otoczką bilipidową wykazuje wyraźne podobieństwo do wysoce uproszczonego jądra komórkowego (tj. chromosomu DNA zamkniętego w błonie lipidowej). Teoretycznie duży wirus DNA mógłby przejąć kontrolę nad komórką bakteryjną lub archeologiczną. Zamiast replikować i niszczyć komórkę gospodarza , pozostanie w komórce, pokonując w ten sposób dylemat kompromisu, z którym zwykle borykają się wirusy. Z wirusem kontrolującym maszynerię molekularną komórki gospodarza, skutecznie stałaby się ona funkcjonalnym jądrem. Dzięki procesom mitozy i cytokinezy wirus rekrutowałby zatem całą komórkę jako symbiont – nowy sposób na przetrwanie i namnażanie się.

Zobacz też

• Endogenny retrowirus
• Endogenny element wirusowy
• Paleowirusologia

Dalsza lektura

•    Durzyńska, J.; Goździcka-Józefiak, A. (październik 2015). „Wirusy i komórki przeplatają się od zarania ewolucji” . Dziennik wirusologiczny . 12 : 169. doi : 10.1186/s12985-015-0400-7 . PMC 4609113 . PMID 26475454 .
•    Hendrickson, HL; Poole, AM (2018). „Rozmaite trasy do jądra” . Granice w mikrobiologii . 9 : 2604. doi : 10.3389/fmicb.2018.02604 . PMC 6212462 . PMID 30416499 .
•   Forterre, Patryk; Gaia, M. (czerwiec 2016). „Gigantyczne wirusy i pochodzenie współczesnych eukariontów”. Aktualna opinia w mikrobiologii . 31 : 44–49. doi : 10.1016/j.mib.2016.02.001 . PMID 26894379 .
•   Forterre, Patrick (kwiecień 2006). „Pochodzenie wirusów i ich możliwe role w głównych przejściach ewolucyjnych”. Badania wirusów . 117 (1): 5–16. doi : 10.1016/j.virusres.2006.01.010 . PMID 16476498 .