Virusların mənşəyinin sirri

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Viruslar demək olar ki, canlı deyil. Lakin onların mənşəyi və təkamülü "normal" hüceyrə orqanizmlərinin yaranmasından daha az başa düşülür. Daha əvvəl kimin, ilk hüceyrələrin və ya ilk virusların meydana gəldiyi hələ də məlum deyil. Bəlkə də onlar həmişə fəlakətli kölgə kimi həyatı müşayiət ediblər.

Problem ondadır ki, viruslar zülal qabığı ilə örtülmüş genomun (DNT və ya RNT) fraqmentlərindən başqa bir şey deyildir. Onlar fosil qeydlərində heç bir iz buraxmırlar və onların keçmişini öyrənmək üçün yalnız müasir viruslar və onların genomları qalır.

Müqayisə edərək, oxşarlıqları və fərqləri tapan bioloqlar müxtəlif viruslar arasında təkamül əlaqələri aşkar edir, onların ən qədim xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirirlər. Təəssüf ki, viruslar qeyri-adi dərəcədə dəyişkən və müxtəlifdir. Onların genomlarının təkcə DNT zəncirləri ilə deyil (ölkəmizdə və məsələn, herpes virusları), həm də əlaqəli RNT molekulu (koronaviruslarda olduğu kimi) ilə təmsil oluna biləcəyini xatırlamaq kifayətdir.

Viruslardakı DNT / RNT molekulu tək və ya hissələrə bölünə bilər, xətti (adenoviruslar) və ya dairəvi (poliomaviruslar), tək zəncirli (anelloviruslar) və ya iki zəncirli (baculoviruslar) ola bilər.

Vizual elm Qrip A / H1N1 virusu

Viral hissəciklərin strukturları, onların həyat dövrünün xüsusiyyətləri və adi müqayisə üçün istifadə edilə bilən digər xüsusiyyətlər də az müxtəlif deyil. Alimlərin bu çətinliklərdən necə çıxması haqqında bu yazının ən sonunda oxuya bilərsiniz. Hələlik bütün virusların ümumi cəhətlərini xatırlayaq: onların hamısı parazitdir. Ev sahibi hüceyrənin biokimyəvi mexanizmlərindən istifadə etmədən maddələr mübadiləsini təkbaşına həyata keçirə bilən heç bir virus məlum deyil.

Heç bir virusda zülalları sintez edə bilən ribosomlar yoxdur və heç kim ATP molekulları şəklində enerji istehsalına imkan verən sistemləri daşımır. Bütün bunlar onları məcburi, yəni qeyd-şərtsiz hüceyrədaxili parazitlərə çevirir: onlar öz başlarına mövcud ola bilməzlər.

Təəccüblü deyil ki, ilk və ən məşhur fərziyyələrdən birinə görə, hüceyrələr əvvəlcə meydana çıxdı və yalnız bundan sonra bu torpaqda bütün müxtəlif virus dünyası inkişaf etdi.

Reqressiv şəkildə. Mürəkkəbdən sadəə

Gəlin rikketsiyaya nəzər salaq - bakteriya da olsa hüceyrədaxili parazitlər də. Üstəlik, onların genomunun bəzi hissələri eukaryotik hüceyrələrin, o cümlədən insanların mitoxondrilərində olan DNT-yə yaxındır. Göründüyü kimi, onların hər ikisinin ortaq əcdadı olub, lakin hüceyrəni yoluxduran “mitoxondriya xəttinin” banisi onu öldürməyib, təsadüfən sitoplazmada saxlanılıb.

Nəticədə, bu bakteriyanın nəsilləri daha çox lazımsız gen kütləsini itirdi və hər şeyin müqabilində ev sahiblərini ATP molekulları ilə təmin edən hüceyrə orqanoidlərinə çevrildi. Virusların mənşəyi ilə bağlı "reqressiv" fərziyyə hesab edir ki, bu cür deqradasiya onların əcdadları ilə də baş verə bilərdi: bir vaxtlar tam hüquqlu və müstəqil hüceyrə orqanizmləri milyardlarla illik parazitar həyatda sadəcə olaraq artıq olan hər şeyi itirdilər.

Bu köhnə fikir, pandoraviruslar və ya mimiviruslar kimi nəhəng virusların son kəşfi ilə yenidən gündəmə gəldi. Onlar nəinki çox böyükdürlər (mimivirusun hissəcik diametri 750 nm-ə çatır - müqayisə üçün qeyd edək ki, qrip virusunun ölçüsü 80 nm-dir), həm də son dərəcə uzun genom daşıyırlar (mimivirusda 1,2 milyon nükleotid bağı bir neçə yüzlərlə müqayisədə). ümumi viruslar), yüzlərlə zülalları kodlayan.

Onların arasında DNT-nin surətinin çıxarılması və “təmiri” (təmiri), messenger RNT və zülalların istehsalı üçün lazım olan zülallar da var.

Bu parazitlər sahiblərindən daha az asılıdır və onların azad yaşayan əcdadlardan mənşəyi daha inandırıcı görünür. Bununla belə, bir çox ekspertlər hesab edirlər ki, bu, əsas problemi həll etmir - bütün "əlavə" genlər sonradan sahiblərindən götürülmüş nəhəng viruslardan yarana bilər.

Axı, bu günə qədər gedə biləcək və hətta genetik kodun daşıyıcısının formasına təsir göstərə bilən və RNT viruslarının yaranmasına səbəb olan parazitar deqradasiyanı təsəvvür etmək çətindir. Təəccüblü deyil ki, virusların mənşəyi ilə bağlı başqa bir fərziyyə eyni dərəcədə hörmət edilir - tamamilə əksinə.

Proqressiv. Sadədən mürəkkəbə

Genomu tək zəncirli RNT molekulu (məsələn, HİV) olan retroviruslara nəzər salaq. Bir dəfə ana hüceyrədə belə viruslar xüsusi fermentdən, əks transkriptazadan istifadə edərək onu adi qoşa DNT-yə çevirir, sonra isə hüceyrənin “müqəddəslərin müqəddəsliyinə” – nüvəyə daxil olur.

Burada başqa bir viral zülal, inteqraza işə düşür və virus genlərini ev sahibinin DNT-sinə daxil edir. Sonra hüceyrənin öz fermentləri onlarla işləməyə başlayır: yeni RNT əmələ gətirir, onların əsasında zülal sintez edir və s.

Vizual elmİnsan İmmun Çatışmazlığı Virusu (HİV)

Bu mexanizm mobil genetik elementlərin - bizə lazım olan məlumatları daşımayan, lakin genomumuzda saxlanılan və toplanan DNT fraqmentlərinin çoxalmasına bənzəyir. Onların bəziləri, retrotranspozonlar hətta onda çoxalmağa, yeni nüsxələrlə yayılmağa qadirdirlər (insan DNT-sinin 40 faizindən çoxu belə “zibil” elementlərdən ibarətdir).

Bunun üçün onların tərkibində hər iki əsas fermenti - əks transkriptaza və inteqrazı kodlayan fraqmentlər ola bilər. Əslində, bunlar yalnız bir protein örtüyü olmayan, demək olar ki, hazır retroviruslardır. Amma onun alınması zaman məsələsidir.

Genomda burada və orada yerləşərək, mobil genetik elementlər yeni ev sahibi genlərini tutmaq qabiliyyətinə malikdir. Onlardan bəziləri kapsid əmələ gəlməsi üçün uyğun ola bilər. Bir çox zülallar daha mürəkkəb strukturlara öz-özünə yığılmağa meyllidirlər. Məsələn, neyronların fəaliyyətində mühüm rol oynayan ARC zülalı sərbəst formada kortəbii şəkildə bükülərək virusa bənzər hissəciklərə çevrilir və hətta içəridə RNT daşıya bilir. Güman edilir ki, bu cür zülalların birləşməsi təxminən 20 dəfə baş verə bilər ki, bu da onların zərfinin strukturuna görə fərqlənən böyük müasir virus qruplarının yaranmasına səbəb olur.

Paralel. Həyatın kölgəsi

Ancaq ən gənc və ən perspektivli fərziyyə, virusların ilk hüceyrələrdən gec görünmədiyini fərz etsək, hər şeyi yenidən alt-üst edir. Uzun müddət əvvəl, həyatın hələ bu qədər uzağa getmədiyi bir vaxtda, "ilkin şorba"da özünü kopyalaya bilən, özünü çoxaldan molekulların proto-təkamülü davam etdi.

Tədricən belə sistemlər daha mürəkkəbləşərək daha böyük və daha böyük molekulyar komplekslərə çevrilir. Və onlardan bəziləri membran sintez etmək qabiliyyətinə yiyələnərək proto-hüceyrələrə çevrilən kimi, digərləri - virusların əcdadları - onların parazitinə çevrildi.

Bu, həyatın başlanğıcında, bakteriyaların, arxeyaların və eukariotların ayrılmasından çox əvvəl baş verdi. Buna görə də, onların (və çox fərqli) virusları canlı aləmin hər üç sahəsinin nümayəndələrini yoluxdurur və viruslar arasında çoxlu RNT tərkibli olanlar ola bilər: məhz RNT-lər "əcdad" molekulları hesab olunur, özünü çoxalma və təkamül. olan həyatın yaranmasına səbəb olmuşdur.

İlk viruslar belə "aqressiv" RNT molekulları ola bilərdi ki, onlar yalnız sonradan protein zərflərini kodlayan genlər əldə etdilər. Həqiqətən, bəzi növ qabıqların bütün canlı orqanizmlərin sonuncu ortaq əcdadından (LUCA) əvvəl də meydana çıxa biləcəyi göstərilmişdir.

Bununla belə, virusların təkamülü hüceyrə orqanizmlərinin bütün dünyasının təkamülündən daha qarışıq bir sahədir. Çox güman ki, öz mənşəyinə dair hər üç fikir doğrudur. Bu hüceyrədaxili parazitlər o qədər sadə və eyni zamanda müxtəlifdir ki, müxtəlif qruplar bir-birindən asılı olmayaraq, əsaslı şəkildə fərqli proseslərin gedişində meydana çıxa bilirdilər.

Məsələn, eyni nəhəng DNT tərkibli viruslar əcdad hüceyrələrinin, bəzi RNT tərkibli retrovirusların isə mobil genetik elementlər tərəfindən “müstəqillik əldə etdikdən” sonra deqradasiyası nəticəsində yarana bilər. Amma ola bilsin ki, biz bu əbədi təhlükənin meydana çıxmasını hələ kəşf edilməmiş və bilinməyən tamam başqa mexanizmə borcluyuq.

Genomlar və genlər. Virusların təkamülü necə öyrənilir

Təəssüf ki, viruslar inanılmaz dərəcədə uçucudur. Onların DNT zədəsini bərpa etmək üçün sistemləri yoxdur və hər hansı bir mutasiya sonrakı seçimdən sonra genomda qalır. Bundan əlavə, eyni hüceyrəni yoluxduran müxtəlif viruslar asanlıqla DNT (və ya RNT) fraqmentlərini dəyişdirərək yeni rekombinant formalar yaradır.

Nəhayət, nəsil dəyişikliyi qeyri-adi sürətlə baş verir - məsələn, HİV-in həyat dövrü cəmi 52 saatdır və bu, ən qısa müddətdən çox uzaqdır. Bütün bu amillər virusların sürətli dəyişkənliyini təmin edir ki, bu da onların genomlarının birbaşa təhlilini xeyli çətinləşdirir.

Eyni zamanda, bir hüceyrəyə daxil olduqdan sonra viruslar çox vaxt adi parazit proqramlarını işə salmırlar - bəziləri bu şəkildə, digərləri təsadüfi uğursuzluq səbəbindən qurulur. Eyni zamanda, onların DNT-si (və ya əvvəllər DNT-yə çevrilmiş RNT) ev sahibinin xromosomlarına inteqrasiya edə və hüceyrənin özünün çoxsaylı genləri arasında itərək burada gizlənə bilər. Bəzən virusun genomu yenidən aktivləşir, bəzən də nəsildən-nəslə keçərək belə gizli formada qalır.

Bu endogen retrovirusların öz genomumuzun 5-8 faizini təşkil etdiyi güman edilir. Onların dəyişkənliyi artıq o qədər də böyük deyil - hüceyrə DNT-si o qədər də sürətlə dəyişmir və çoxhüceyrəli orqanizmlərin həyat dövrü saatlara deyil, on illərə çatır. Buna görə də onların hüceyrələrində saxlanılan fraqmentlər virusların keçmişi haqqında qiymətli məlumat mənbəyidir.

Ayrı və daha gənc bir sahə virusların proteomikasıdır - onların zülallarının öyrənilməsi. Axı, hər hansı bir gen yalnız müəyyən funksiyaları yerinə yetirmək üçün lazım olan müəyyən bir protein molekulunun kodudur. Bəziləri "Lego" parçaları kimi viral zərfləri qatlayaraq, digərləri viral RNT-ni bağlaya və sabitləşdirə bilər, digərləri isə yoluxmuş hüceyrənin zülallarına hücum etmək üçün istifadə edilə bilər.

Bu cür zülalların aktiv yerləri bu funksiyalardan məsuldur və onların strukturu çox mühafizəkar ola bilər. Təkamül boyu böyük sabitliyi saxlayır. Hətta genlərin ayrı-ayrı hissələri dəyişə bilər, lakin zülal sahəsinin forması, içindəki elektrik yüklərinin paylanması - istənilən funksiyanın yerinə yetirilməsi üçün kritik olan hər şey - demək olar ki, eyni qalır. Onları müqayisə edərək, ən uzaq təkamül əlaqələrini tapmaq olar.