Вирусы как двигатель эволюции

Восемь причин, по которым стоит полюбить вирусы

Вирусы не любят свет, но это не значит, что они все опасные. На самом деле, человечество, скорее всего, просто бы не существовало бы без них. И это не единственная причина, чтобы их полюбить или хотя бы, относится к ним с уважением. Рассмотрим все по порядку.

1. Причина появления сложных организмов

Величайшее изобретение эволюции – клеточное ядро – предположительно появилось благодаря вирусам. Клеточное ядро и вирусы имеют на удивление сходное строение: оба представляют собой хромосомы заключенные в белковую капсулу. В некоторых, сравнительно простых организмах, таких как красная водоросль, ядро может проникать из клетки в клетку. Этот процесс очень напоминает вирусное инфицирование.

2. Среди них есть свои «Шварцнеггеры»

Мимивирус – самый крупный представитель вирусов. Он – один из опаснейших, так как практически не уязвим. Мимивирус в 30 раз больше, чем вирус обычного гриппа. Его считают недостающим звеном между вирусами и бактериями. Милашка, не правда ли?

3. Часть нашей ДНК позаимствована у вирусов

Около 8% нашей ДНК имеет неоспоримое вирусное происхождение. 40 – 50% очень схоже с вирусной природой, в то время как остальная часть наших генов функционируют как гены вирусов, воспроизводя себя точно таким же способом. Похоже, что мы просто являемся продуктом вирусной активности.

4. Их потенциал ещё не изучен

Этот факт может быть весьма полезным для здоровья: по предварительным подсчётам, в биосфере находится намного больше видов убивающих бактерий вирусов, чем все формы жизни вместе взятые.

5. Они сводят учёных с ума

Никто не может с точностью сказать, являются ли вирусы биологическими или химическими паразитами на биологической основе. У них есть генетический материал, но они зависят от других существ, чтобы его производить. Все ещё больше усложняется, если принять во внимание тот факт, что у вируса намного больше генетического материала, чем у любой бактерии, а бактерия – это уже живой организм.

6. Они не всегда были паразитами

Анализируя ДНК вирусов, ученые всё больше приходят к мнению, что когда-то вирусы были автономными организмами. Генетическая эволюция вирусов предполагает, что они появились намного раньше, чем эволюция пошла путём развития клеточного ядра, в связи с чем был сделан вывод, что иждивенческие качества вирусов развились намного позже.

7. Двигатель эволюции

Их способность расчленять и соединять нити ДНК породило биологическое многообразие жизни на земле посредством естественного отбора. Многие вирусы не просто воспроизводят себя и убивают своего хозяина, но внедряются в его ДНК и размножаются только при делении клеток. Генетический анализ всех живых организмов подтвердил наличие вирусной ДНК, при этом она является ещё и полезной информацией для самой клетки. Если так продолжится дальше, вирусная ДНК может радикально изменить весь организм, создав новый вид.

8. Они убивают бактерии

Уже более столетия медицине известно о способности вирусов убивать бактерии, но с открытием антибиотиков для борьбы с ними, вирусы были незаслуженно отодвинуты на задний план. Науке ещё подлинно не известно, способны ли бактерии вырабатывать антитела на вирусы, при этом успешно сопротивляясь антибиотикам.

Теперь вы знаете, что вирусы не только опасны и коварны, но и несут большую пользу.

Мы будем рады, если вы поделитесь с нами своими мыслями в комментариях. Вы можете сохранить понравившуюся статью или поделиться ею, нажав на одну из кнопочек.

Жми «Нравится» и получай только лучшие посты в Facebook ↓

Бесцеремонное вмешательство: Вирус как двигатель эволюции

Результаты исследования подтверждают теорию, выдвинутую в 1950-х годах Барбарой Мак-Клинток. Согласно её гипотезе, мобильные элементы генетического материала (ДНК), называемые транспозонами, могут выступать в роли «контролирующих элементов», влияющих на регуляцию генов. Для этого достаточно однократного включения транспозона в геном. За открытие мобильных генетических элементов Барбара Мак-Клинток была удостоена Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1983 г.

Результаты работы группы ученых под руководством Гийома Бурка (Guillaume Bourque), опубликованные в журнале Nature Genetics 6 июня 2010 г, внесли значительный вклад в исследования стволовых клеток и потенциала их использования в регенеративной медицине (например, для лечения лейкоза или болезни Паркинсона).

Используя новую технология секвенирования, ученые исследовали участки генома, соответствующие трем регуляторным белкам (Oct4, NANOG и CTCF) в человеческих и мышиных эмбриональных стволовых клетках (ЭСК). Было обнаружено, в частности, что некоторые специфические типы вирусов, внедрившиеся миллионы лет назад в человеческий геном, коренным образом изменили генные регуляторные сети эмбриональных стволовых клеток.

Читать еще:  Шевроле ланос неисправности двигателя заглох и не заводится

Исследование представляет доказательство того, что некоторые транспозоны, которые нередко считают просто мусорной ДНК, являются ключевыми компонентами регуляторных последовательностей, лежащих в основе развития человека.

Сравнивая геномы мыши и человека, ученые смогли показать, что связывающие участки для факторов транскрипции в геноме мыши и человека далеко не всегда располагаются в одном и том же месте. Более того, многие из этих участков «привязаны» к транспозонам, которые являются остатками вирусных геномов. Чужеродные транспозоны «перетащили» границы регуляторных последовательностей человеческого генома на новое место. Подобные изменения в регуляции генов не могли не отразиться на организме в целом. Ученые считают, что это сыграло решающую роль в процессе видообразования, и возможно, в эволюции человека от его предшественников.

Сравнение моделей стволовых клеток человека и мыши при изучении генных сетей способствовало более глубокому пониманию того, как стволовые клетки способны дифференцироваться в различные типы клеток организма. Несмотря на преимущества использования ЭСК мыши для изучения генных сетей, дальнейшие исследования будут сосредоточены на стволовых клетках человека. Это связано с трудностями преобразования результатов исследований, проведенных для одного вида, в данные, относящиеся к другому. Необходимо будет выполнить исследования для ЭСК как человека, так и других приматов, чтобы получить результаты, пригодные для использования в клинической практике.

Источниками чужеродных транспозонов в геноме млекопитающих могут служить не только вирусы. О кровососущих «переносчиках генов» читайте в статье «Гены комара: . И паразиты — иногда».

«Прирученные» вирусы защищают человека

Симбиоз – это не менее важный фактор эволюции, чем конкуренция. Большую роль в симбиотических системах играют вирусы. Теплокровный организм – идеальное место для размножения бактерий, и если бы не иммунная система – бактерии просто уничтожили бы нас. Иммунную систему сформировали «прирученные» животными вирусы. Только симбиоз с вирусами помогает человечеству выжить.

Доктор биологических наук, сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Марков рассказывает, как эволюция симбиотической системы животных и вирусов привела к созданию иммунной системы, необходимой для существования теплокровного организма, и о той важнейшей роли, которую играют вирусные механизмы в жизни животных и растений.

– Александр, давайте начнем с какого-нибудь яркого примера симбиоза, в котором участвуют вирусы.

– Я могу привести просто поразительный пример такого симбиоза. Совсем недавно появилась статья американских биологов из Йелоустонского национального парка (Yellowstone National Park) Там есть горячие источники и в некоторых местах почва раскалена до 50-60 градусов. И на этой почве растет трава. Как она выдерживает такую высокую температуру? Нормальное растение не может расти на такой раскаленной почве. Было установлено, что в этой траве имеется симбиотический гриб, который живет внутри клеток травы. Если удалить гриб, то растение выжить при такой температуре не может, но и гриб тоже не может! Дальнейшее исследование показало, что есть третий участник – гриб обязательно должен быть заражен определенным вирусом. Если убрать вирус, что удалось сделать в эксперименте, то гриб вместе с растением теряют эту термоустойчивость и на раскаленной почве расти не могут. То есть действительно вирусы часто входят в состав симбиотических комплексов. И, кроме того, поскольку вирусы способны переносить фрагменты генов или целые гены от одного организма к другому, участвуют в глобальном процессе кооперации, информационного обмена. В процессе эволюции вирусы играют большую роль.

– Чем вирусы отличаются от бактерий?

– У вируса нет клетки. У них есть наследственная информация в виде молекулы РНК или ДНК и у них есть белковая оболочка, и больше ничего. Вирус – это, конечно, не самостоятельная система, можно сказать, что это часть мирового генетического банка.

– Давайте подробнее остановимся на роли вирусов в эволюции животного мира.

В эволюции животных можно привести, как минимум, три примера, когда вирусы или вирусоподобные объекты – мобильные кусочка генома – сыграли важную положительную роль.

Во-первых, знаменитый фермент – теломераза по своему происхождению, скорее всего, вирусный объект. Дело в том, что теломераза – это специальный белок, который занимается тем, что он достраивает кончики хромосом. Согласно одной из теорий, многоклеточные организмы стареют, потому что при каждом клеточном делении хромосома немножечко укорачивается и возникает опасность, что хромосомы в конце концов так укоротятся, что утратят функциональность и каким-то образом нужно эти кончики, которые не воспроизводятся при копировании, достраивать. Российский ученый Алексей Оловников предположил, что должен существовать специальный фермент для достройки кончиков хромосом. И этот фермент действительно открыли и назвали теломеразой. Это фермент, который спасает наши клетки от необратимого старения.

Читать еще:  Гидроудар дизельного двигателя причины

Но причем здесь вирусы? Дело в том, что, как сейчас считается, этот белок теломераза имеет вирусное происхождение. Вирус – это специальное устройство (я говорю сейчас о так называемых РНК-содержащих вирусах), это специальное устройство для записи информации в геном других организмов. Он содержит РНК, попадает в клетку. И та информация, которая записана в этой вирусной РНК, она переписывается в форме ДНК уже в геном, скажем, человеческой клетки. Вирус кодирует необходимые ферменты для для записи информации в геном.

Чтобы синтезировать ДНК, потерянную на кончиках хромосомы используется этот же механизм, то есть теломераза содержит в своем составе кусочек РНК, РНК-матрицу, на основе которой тем же самым вирусным способом дописывается кусочек ДНК по этой матрице, и хромосомы таким образом достраиваются. Каким-то образом предкам всех высших организмов (эукариотам) удалось «приручить» какой-то РНК-вирус и использовать его таким образом, чтобы он достраивал кончики хромосом. Вирусы сами по нельзя назвать живыми организмами, но, попадая в клетку, они начинают работать как часть этой клетки. И это далеко не всегда имеет патологические последствия, далеко не все вирусы вызывают болезни.

Удивительно, но по последним данным, 40-45% всего генома человека – это всевозможные мобильные и повторяющиеся элементы, обладающие способностью перемещаться по геному, то есть, грубо говоря, это бывшие вирусы или размножившиеся вирусоподобные объекты, и это до 45% генома человека.

– То есть мы можем сказать, что молекула ДНК – это симбиотическая молекула. Когда мы видим сложнейшую молекулу ДНК, то непонятно как могло возникнуть столь сложное устройство? Но в действительности она возникла не под воздействием единичных мутаций, а в результате симбиотического обмена – то есть фактически собиралась из строительных блоков.

– Совершенно верно. Это – блочный принцип эволюции.

Второй случай, когда в эволюции высших позвоночных животных пригодились вирусы – это система приобретенного иммунитета. Что происходит, когда мы вырабатываем иммунитет к новой болезни? Ведь антитела вырабатываются даже к синтетическим веществам, которых в природе нет.

В геноме человека нет готовых генов антител, а есть набор заготовок. Ген антитела собирается из трех кусочков, причем в геноме есть сотни вариантов первого кусочка, несколько десятков вариантов второго кусочков и несколько вариантов третьего, их надо собрать. Вот в каждом лимфоците происходит вырезание, берется один кусочек ДНК первого типа, один второго, один третьего, и они склеиваются вместе в работающий ген, и уже с него синтезируется антитело. Оно потом еще может дополнительно доводиться до нужной кондиции, но начальный этап – это нарезание и сбор из кусочков гена. Так происходит редактирование генома.

Кто совершает эти операции – нарезку, перемещение? Это делают белки, тоже заимствованные у мобильных генетических элементов – у вирусов. Есть так называемые транспонзоны (Transposon) это давно «прирученный» вирус, потерявший способность передаваться между организмами, эти вирусы передаются только от родителей к потомкам, но они сохранили подвижность внутри генома. Транспозон кодирует белок, который способен этот транспозон вырезать и перенести на новое место, размножить. Они могут размножаться, они и составляют до 40% нашего генома. Для нарезки блоков иммунных молекул были тоже использованы ферменты мобильных генетических элементов.

– Необходимо подчеркнуть, что роль иммунной системы чрезвычайно важна. Она позволяет человеку выжить и противодействовать атакам микроорганизмов.

– Посудите сами: теплокровное млекопитающее – это просто инкубатор. 37 градусов постоянная температура тела – это же рай для бактерии. Если бы не иммунная система, нас бы просто съели.

И третий важный пример, того что принесли вирусы в симбиотическую систему, которой является организм животных. Недавно был обнаружен ген в геноме млекопитающих, который необходим для развития плаценты – того органа, который осуществляет обмен между организмом матери и плодом, благодаря которому сравнительно долго плод может безопасно развиваться в утробе матери. А то что это занимает довольно продолжительное, кстати, считают важнейшей предпосылкой для развития мозга и, в конечном счете, для появления разума.

Читать еще:  Высокая температура двигателя зимой

Был найдет регуляторный ген, который необходим для развития плаценты. Структура этого гена оказалась сходной со структурой одного из мобильно-генетических элементов. То есть это опять-таки «прирученный» РНК-вирус.

– Александр, мы приходим к выводу, что симбиоз играет гораздо более важную роль, чем это может показаться. Мы все слышали, о таких симбиотических системах, в которых насекомые опыляют растения. Но то, что вы рассказали, говорит о том, что симбиоз – это действительно магистральное развитие всей эволюции, именно симбиоз может дать объяснение, почему организмы могут так быстро усложняться и приобретать совершенно новые функции и возможности.

– Мне и представляется эта тема очень важной, но до сих пор в биологии сохраняется отношение к симбиозу, как к некоему курьезу, какой-то причуде матушки-природы. Но если взять факты, то мы видим, что это не просто типично, но это основа и прогрессивной эволюции и функционирования биосферы. Это – всеобщее явление.

Когда был открыт один из первых случаев симбиоза – оказалось, что лишайник – это симбиотический комплекс гриба и водоросли –ученые очень удивились: надо же, чудеса какие. Мы думали, это растение, а это какой-то немыслимый комплекс – и гриб, и водоросли вместе переплелись, и получился лишайник. Но с тех пор уже столько открыто еще более удивительных симбиотических систем, что уже пора перестать удивляться, а включить это явление в общую теорию как неотъемлемый ее элемент.

– То есть, можно сказать, главное в природе это не всеобщая борьба и взаимное уничтожение, а синтез, взаимопомощь и сотрудничество.

Аналог COVID-19 выявлен у людей, живших за 20 тысяч лет до нас

Международная исследовательская группа изучила генетику древних людей, умерших в Восточной Азии порядка 20 тысяч лет назад, и установила, что причиной смерти многих из них была эпидемия коронавируса.

Свои выводы ученые обнародовали в журнале Current Biology, а коротко об исследовании рассказывает Phys.org. В нем принимали участие генетики из университетов Квинсленда, Аризоны, Калифорнии в Сан-Франциско и Аделаиды.

Ученые обнаружили, что эпидемия коронавируса, подобная современной, разразилась в Восточной Азии более 20 тысяч лет назад. Следы вспышки этого заболевания удалось найти в геноме людей того времени.

Примечательно, что ученым помог современный опыт. Авторы работы пишут, что за последние 20 лет произошло три вспышки эпидемических тяжелых коронавирусов. В 2002 году в Китае произошла вспышка коронавируса SARS-CoV, унесшая жизни более 800 человек. Затем на Ближнем Востоке появился коронавирус MERS-CoV, из-за которого умерли более 850 человек. А в 2019 году SARS-CoV-2 привел к пандемии COVID-19, из-за которой по всему миру погибло уже 3,8 миллиона человек.

В своем исследовании международная команда использовала данные проекта 1000 Genomes Project. Так называется крупнейший общедоступный каталог общих генетических вариаций человека. С помощью этих данных ученым удалось проследить изменения в генах человека, кодирующих взаимодействующие белки SARS-CoV-2.

«Современный человеческий геном содержит информацию об эволюции, насчитывающую десятки тысяч лет, — говорит профессор Кирилл Александров из Альянса синтетической биологии CSIRO-QUT. — Это подобно тому, как изучение колец дерева дает нам представление об условиях, в которых оно росло».

Исследование эволюции генома человека и показало, что за тысячи лет до нас в мире разразилась еще одна масштабная эпидемия коронавируса. По словам Александрова, эволюционный анализ был применен к набору геномных данных человека. Это помогло обнаружить доказательства того, что предки современных жителей Восточной Азии пережили эпидемию заболевания, вызванного коронавирусом, похожим на COVID-19. Пандемия тогда охватила обширную территорию, на которой сейчас расположены Китай, Япония, Монголия, Северная Корея, Южная Корея и Тайвань.

«Развивая более глубокое понимание древних вирусов, мы получаем лучшее представление о том, как геномы различных человеческих популяций адаптировались к вирусам, которые недавно были признаны важным двигателем эволюции человека, — говорит профессор Александров. — Еще одним важным ответвлением этого исследования является способность идентифицировать вирусы, которые вызывали эпидемии в далеком прошлом и могут сделать это в будущем».

По его словам, результаты проведенного исследования уже позволяют составить список потенциально опасных для человека вирусов. Такой каталог позволит заранее разработать средства диагностики, вакцины и лекарства на тот случай, если древние вирусы вернутся в наш мир.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector