Вирусы как движущая сила эволюции

При поиске данных о вирусах в человеческом геноме я пролистал две статьи вирусологов:

Луис Вильярреал, Могли ли вирусы сделать нас людьми? (Luis P. Villarreal, Can Viruses Make Us Human? )

Карин Мёллинг, Что современные вирусы могут рассказать нам об эволюции: личное мнение (Karin Moelling, What contemporary viruses tell us about evolution: a personal view, Archives of Virology, 2013, Volume 158, Issue 9, pp 1833-1848)

Оказалось, что вирусологи едины в том, что вирусы сыграли крайне важную роль в эволюции и при происхождении жизни. Луис Вильярреал, кстати, является автором книги Вирусы и эволюция жизни (Viruses and the Evolution of Life). Мое первой впечателение свелось к известному утверждению, что если у человека в руках молоток, то весь мир выглядит для него как гвоздь. С другой стороны, кто его знает и я поискал на эту тему источники в Рунете. Ниже подборка материалов, где на русском языке более подробно раскрывается важность вирусов в эволюции. В России переведена книга Фрэнка Райана Виролюция: Симбиоз человека и вируса как реальность эволюции, но я решил, что я поищу материалы непосредственно от ученых.

Луис Вильярреал, Вирусы — существо или вещество?
http://scorcher.ru/art/theory/evolition/evolution7.php

«Однако в действительности вирусы воздействовали на генетический материал живых организмов не опосредованно, а самым что ни на есть прямым образом — они обменивались с ним своими ДНК и РНК, т.е. были игроками на биологическом поле. …

Более того, в процессе совместного проживания клетки и вируса вирусный геном (ДНК или РНК) «колонизирует» геном хозяйской клетки, снабжая его все новыми и новыми генами, которые в итоге становятся неотъемлемой частью генома данного вида организмов. Вирусы оказывают более быстрое и прямое действие на живые организмы, чем внешние факторы, которые осуществляют отбор генетических вариантов. Многочисленность популяций вирусов вкупе с их высокой скоростью репликации и высокой частотой мутаций превращает их в основной источник генетических инноваций, постоянно создающий новые гены. Какой-нибудь уникальный ген вирусного происхождения, путешествуя, переходит от одного организма к другому и вносит вклад в эволюционный процесс.»

«Более того, мы уверены, что само клеточное ядро имеет вирусное происхождение. Появление ядра (структуры, имеющейся только у эукариот, в том числе у человека, и отсутствующей у прокариот, например у бактерий) нельзя объяснить постепенной адаптацией прокариотических организмов к изменяющимся условиям. Оно могло сформироваться на основе предсуществующей высокомолекулярной вирусной ДНК, построившей себе постоянное «жилище» внутри прокариотической клетки. Подтверждением этому служит факт, что ген ДНК-полимеразы (фермента, участвующего в репликации ДНК) фага Т4 (фагами называют вирусы, которые инфицируют бактерии) по своей нуклеотидной последовательности близок к генам ДНК-полимераз как эукариот, так и инфицирующих их вирусов. Кроме того, Патрик Фортере (Patrick Forterre) из Южного парижского университета, который исследовал ферменты, участвующие в репликации ДНК, пришел к выводу, что гены, детерминирующие их синтез у эукариот, имеют вирусное происхождение.»

Н. А. Новикова, Хранение и реализация генетической информации вирусов. Учебно-методические материалы по программе повышения квалификации.
http://www.unn.ru/pages/e-library/aids/2007/35.pdf

«Основываясь на этих, казалось бы простых фактах, а также на результатах филогенетического анализа нуклеотидных и аминокислотных последовательностей и рентгеноструктурном анализе белков — ферментов представителей трех доменов жизни ( бактерий , архей , эукариот ) и вирусов, Фортерре , Файли и Милликалио (P. Forterre, S. Filee, H. Millykalio, 2003) сформулировали две гипотезы о происхождении ДНК и эволюции механизмов ее репликации. Одна из гипотез базируется на участии вирусов в этих процессах.»

«Идея, что вирусы играли критическую роль в происхождении ДНК, базируется на концепции, что ретровирусы были реликтами РНК / ДНК мирового перехода. В частности, механизм синтеза ДНК на основе РНК — генома у представителей рода Hepadnavirus, может являться отражением древнего пути, ведущего от РНК к ДНК. Создание ДНК вирусом, содержащим РНК, кажется, кажется более вероятным, чем изобретение ДНК РНК — клеткой с целью защиты от вирусных РНКаз, потому, что изменение химической природы генома более доступно вирусу, чем клетке.»

«Таким образом, современные гипотезы больше не рассматривают вирусы как фрагменты генетических материалов клетки — хозяина, недавно покинувших их хозяев. Вирусы – равноправные древние игроки в развитии жизни, возможно предшествовавшие расхождению между тремя доменами жизни ( бактериями, археями и эукариотами ). Идея, в которой вирусы появились прежде универсальной протоклетки (LUCA), была недавно поддержана открытием структурных, и / или функциональных подобий между вирусами, инфицирующими различные клеточные уровни жизни.»

Далее следуют две статьи в Химии и Жизнь, написанные мнс института Белозерского МГУ Никитиным Михаилом Андреевичом.

Мир вирусов, последний общий предок и происхождение ДНК
http://www.hij.ru/read/issues/2013/august/2777/

‘Еще одна сложность на пути от РНК- геномов к ДНК-геномам — непонятно, в чем тут была прямая и непосредственная выгода для протоклетки. Основная выгода от смены геномной нуклеиновой кислоты на более устойчивую — возможность увеличить размер и сложность генома — доступна не сразу. Более того, новая полимераза поначалу, скорее всего, будет уступать в точности хорошо отработанной старой, что даже ухудшит приспособленность. Вирусолог Патрик Фортер разрешает эту сложность. По его гипотезе, на эксперименты с новыми полимеразами «отважились» вирусы, а первой выгодой для них от смены типа генома было ускользание от защитных систем хозяина. Большинство клеток и в наше время используют разные ферментативные системы, опознающие и уничтожающие вирусные нуклеиновые кислоты, и «гонка вооружений» между клетками и вирусами могла вызвать очень быструю эволюцию геномных материалов и полимераз для их копирования.’

‘Вирусы в ходе «гонки вооружений» со своими хозяевами — плоскими протоорганизмами — создали новые типы нуклеиновых кислот, такие, как метил-РНК, урацил-ДНК и тимин-ДНК. Эти новые нуклеиновые кислоты были затем подхвачены протоорганизмами и позволили им увеличить размер и стабильность генома. Изобретение ДНК и совершенствование механизмов ее копирования шли параллельно в разных линиях вирусов, что привело к большому разнообразию ферментов, работающих с ДНК. Наконец, появление высокоточной ДНК-ДНК-репликации подготовило почву для объединения разнообразных генетических элементов в единые большие ДНК-геномы, а затем состоялся исход бактериальных и архейных клеток из древнего «цинкового мира».’

Роль вирусов в происхождении клеточного ядра
http://www.hij.ru/read/issues/2013/december/4662/

«Эти особенности эукариот находят объяснение, если допустить, что в их появлении участвовали, помимо архейного и бактериального партнеров, еще и вирусы.

Вирусное происхождение отдельных компонентов эукариотической клетки не вызывает сомнения. Так, фермент теломераза происходит от обратной транскриптазы ретровирусов, а часть генетического аппарата митохондрий — ДНК-полимераза, РНК-полимераза и праймаза — от Т-четного бактериофага, встроенного в геном бактериального предка митохондрий. Однако есть и более радикальное мнение о роли вирусов в появлении эукариотической клетки — вирусная теория происхождения ядра.

Эту теорию в современном виде выдвинули вирусологи Филипп Джон Белл и Масахара Такемура. Они утверждают, что ядро эукариотической клетки происходит от крупного ДНК-вируса, заразившего древнюю архею, перешедшего в лизогенное состояние и постепенно взявшего клетку хозяина под полный контроль. (Лизогения — сосуществование бактериальной клетки с умеренным фагом, в отличие от лизиса — убийства фагом бактерии.) На протяжении 2000-х годов другие ученые практически не рассматривали эту теорию всерьез, но в последнее время она стала набирать популярность — так, к ее развитию подключился крупнейший французский вирусолог Патрик Фортер.»

«Итак, вирусная теория происхождения ядра лучше других объясняет такие особенности эукариот, как кэпирование и полиаденилирование мРНК, отсутствие оперонов, митоз, мейоз и половые процессы. Она объясняет также происхождение систем слияния мембран и отшнуровки мембранных пузырьков. Серьезными доказательствами в ее пользу могут стать:

— обнаружение среди вирусов архей близких родственников LNCDV-вирусов;

— обнаружение у архейных вирусов системы кэпов;

— находка вирусных гомологов белков мейоза.»

См. также

Пять шестых генома человека напоминает вирусы

Обсуждение

http://evgeniirudnyi.livejournal.com/122845.html


Comments are closed.