Астровирусология
Астровирусология — это новый раздел астробиологии , цель которого — понять, какую роль вирусы сыграли в зарождении и эволюции жизни на Земле, а также потенциал вирусов за пределами Земли.
Вирусы и ранняя жизнь на Земле
[ редактировать ]Вирусы стимулируют эволюцию
[ редактировать ]Вирусы являются основной движущей силой эволюции; гонка вооружений между вирусами и их хозяином, или гипотеза Красной Королевы , вызывает сильное эволюционное давление как на хозяина, так и на вирусы. [1] Хозяин эволюционирует, чтобы уклоняться от вирусов и уничтожать их, в то время как вирус развивает механизмы, позволяющие продолжать заражать хозяина. На эволюцию также влияет вирусный горизонтальный перенос генов . Вирусные гены могут быть вставлены в геном хозяина (например, ретровирусы ), и иногда эти гены являются эволюционно благоприятными. Одним из распространенных примеров полезного горизонтального переноса генов у людей является ген синцитина, который произошел от древних вирусов и играет важную роль в развитии плаценты.
Вирусы влияют на основные эволюционные события
[ редактировать ]Хотя это и не доказано, некоторые вирусологи утверждают, что вирусы, возможно, сыграли важную роль в основных эволюционных событиях, включая появление генома ДНК из мира РНК , расхождение от LUCA к трем доменам жизни: архей , бактерий и эукариев , а также развитие многоклеточности. [1] Появлению ДНК-генома и отличию от LUCA, возможно, способствовал горизонтальный перенос генов полимераз и других ферментов, редактирующих гены, из вирусов. Между тем, давление вирусного отбора могло также способствовать расхождению LUCA для защиты от различных вирусов, в то время как многоклеточность обеспечивает большую защиту клеточной популяции от вирусов. [1]
Вирусы и окружающая среда Земли
[ редактировать ]Вирусы влияют на биогеохимические циклы
[ редактировать ]Вирусы вызывают круговорот питательных веществ в океане через вирусный шунт , и до 25% доступного углерода в верхних слоях океана приходится на индуцированный вирусом лизис клеток. [1]
Считается, что около 5% кислорода на Земле производится клетками, инфицированными вирусами, кодирующими фотосинтетические гены, которые в противном случае отсутствовали бы в клетке. [1] Например, некоторые вирусы цианобактерий содержат гены фотосистемы II, которая позволяет этим цианобактериям фотосинтезировать и жить в другой части океана, чем их неинфицированные аналоги. Некоторые вирусы кодируют другие метаболические гены, которые обеспечивают новые метаболические функции у хозяина, например, метаболизм фосфатов, углерода и серы.
Экстремофильные вирусы
[ редактировать ]Вирусы обнаруживались в чрезвычайно жарких, холодных и кислых природных средах: при температуре до 93 °C (199 °F), до -12 °C (10 °F) и pH до 1,5. [2]
Вирусы в космосе
[ редактировать ]Заразность в космосе
[ редактировать ]Вирусы, в том числе вирус табачной мозаики , полиовирус и бактериофаг Т1, сохранили инфекционность после воздействия космических условий, включая межзвездное излучение, низкую температуру и низкое давление. [1] Необходимы дальнейшие исследования для оценки риска, связанного с вирусными автостопщиками, но любой вирус, заражающий организм внутри обитаемого космического корабля, может выжить до тех пор, пока жив этот организм.
Влияние на космонавтов
[ редактировать ]Латентные вирусы, такие как вирус герпеса, распространенные среди людей, могут стать реактивными во время космического полета из-за стрессовых факторов космического полета. Хотя у астронавтов почти не было симптомов, если они вообще были, вероятность реактивации или повышения вирулентности других вирусов представляет собой серьезную угрозу. [3]
некоторые бактерии ( Serratia marcescens ) более вирулентны в условиях космического полета, что приводит к вопросу о том, могут ли вирусы также стать более вирулентными. Кроме того, было обнаружено, что [4]
Потенциал прямого загрязнения
[ редактировать ]Ограничение прямого загрязнения имеет решающее значение для уверенности в результатах усилий по обнаружению жизни. Бактерии представляют собой серьезную проблему загрязнения чистых помещений для сборки космических кораблей, несмотря на процедуры дезактивации. [5] было обнаружено, что вирусы присутствуют в относительно низких уровнях Однако на основании метагеномного анализа . [6] Другое метагеномное исследование выявило жизнеспособные человеческие вирусы, включая герпесвирус и цикловирусы . [7]
Потенциал обратного загрязнения
[ редактировать ]Жизнь (и вирусы) на других планетарных телах имеют два важных потенциальных источника: с Земли или из второго происхождения (жизнь зародилась на этой планете). Древние вирусы могли быть перенесены с Земли на другое планетарное тело, возможно, в результате массивного удара метеорита или извержения вулкана. [1] Если бы это произошло, эти вирусы, вероятно, были бы очень биологически похожи на современные организмы. [2] У земной жизни может быть минимальный или отсутствующий иммунитет против древнего вируса, и любой организм, который он может заразить, может быть парализован его повторным внедрением.
Если внеземные вирусы являются частью второго генезиса, их заразность для земной жизни зависит от того, как они кодируют свою генетическую информацию. Хотя их кодировка может быть несовместима с жизнью на Земле, также возможно, что РНК, ДНК или подобные молекулы могут кодировать жизнь во втором генезисе. В этом случае подходящим хозяином может стать земная жизнь. [2]
Потенциальные биосигнатуры/методы обнаружения
[ редактировать ]Хотя вирусы могут быть «живыми», а могут и не быть, обнаружение вирионов на другой планете могло бы стать убедительным косвенным доказательством существования жизни. [1] Следующие методы могут предложить биосигнатуры с разной степенью полезности:
- Сканирующая электронная микроскопия : СЭМ потенциально может быть интегрирован в космический корабль, но в настоящее время ему не хватает разрешения для обнаружения структуры вириона. [1]
- Просвечивающая электронная микроскопия : ПЭМ может визуализировать структуру вириона, но процедура визуализации более сложна, чем СЭМ. [8] поэтому интеграция в автоматизированный космический корабль кажется маловероятной. [1]
- Обнаружение липидов в камнях. С помощью этого метода можно идентифицировать вирусы с оболочкой. [1]
- Химическая идентификация: Конкретные химические вещества можно идентифицировать с помощью ГХ-МС , ЯМР или ИК-Фурье-спектроскопии . [1]
- Событие, опосредованное вирусом: крупномасштабный лизис данной клетки-хозяина может вызвать легко обнаруживаемые последствия. Например, отложения мела на белых скалах Дувра вызваны крупномасштабным лизисом водорослей, который мог быть вызван вирусом. [1]
Предлагаемые и текущие миссии по обнаружению жизни
[ редактировать ]Астровирусологи призвали к предложению миссий по исследованию водных шлейфов Энцелада и/или Европы на наличие вирусов. [1] Другие призывали к обнаружению вирусов в рамках миссий марсохода, таких как Розалинд Франклин марсоход . [9] Однако, учитывая отсутствие подтвержденных биосигнатур для обнаружения вирусов in situ , было рекомендовано вернуть образцы на Землю. [9] что позволит использовать ПЭМ и другие методы обнаружения, требующие сложной подготовки проб и/или большого оборудования. Ровер Mars 2020 Perseverance . оснащен оборудованием для бурения образцов реголита и их хранения для возврата образцов в будущей миссии на Марс [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н Берлинер, Аарон Дж.; Мотидзуки, Томохиро; Стедман, Кеннет М. (10 января 2018 г.). «Астровирусология: вирусы во Вселенной в целом» . Астробиология . 18 (2): 207–223. Бибкод : 2018AsBio..18..207B . дои : 10.1089/ast.2017.1649 . ISSN 1531-1074 . ПМИД 29319335 . S2CID 4348200 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гриффин, Дейл Уоррен (август 2013 г.). «В поисках внеземной жизни: а как насчет вирусов?» . Астробиология . 13 (8): 774–783. Бибкод : 2013AsBio..13..774G . дои : 10.1089/ast.2012.0959 . ISSN 1531-1074 . ПМИД 23944293 .
- ^ Руни, Бриджит В.; Карась, Брайан Э.; Пирсон, Дуэйн Л.; Лауденслагер, Марк Л.; Мехта, Сатиш К. (2019). «Реактивация вируса герпеса у космонавтов во время космического полета и ее применение на Земле» . Границы микробиологии . 10:16 . дои : 10.3389/fmicb.2019.00016 . ISSN 1664-302X . ПМК 6374706 . ПМИД 30792698 .
- ^ Гилберт, Рэйчел; Торрес, Медайя; Клеменс, Рэйчел; Хэйтли, Шеннон; Хосамани, Равикумар; Уэйд, Уильям; Бхаттачарья, Шармила (04 февраля 2020 г.). «Космический полет и моделируемые условия микрогравитации повышают вирулентность Serratia marcescens в модели заражения Drosophila melanogaster» . npj Микрогравитация . 6 (1): 4. Бибкод : 2020npjMG...6....4G . дои : 10.1038/s41526-019-0091-2 . ISSN 2373-8065 . ПМК 7000411 . ПМИД 32047838 .
- ^ ван Херевельд, Люк; Меррисон, Джонатан; Норнберг, Пер; Финстер, Кай (июнь 2017 г.). «Оценка риска прямого загрязнения Марса изолятами из чистых помещений со сборочных цехов космических кораблей посредством эолового транспорта - модельное исследование» . Происхождение жизни и эволюция биосферы . 47 (2): 203–214. Бибкод : 2017OLEB...47..203В . дои : 10.1007/s11084-016-9515-0 . ISSN 1573-0875 . ПМИД 27461254 . S2CID 8676082 .
- ^ Башир, Мина; Ахмед, Махджабин; Вайнмайер, Томас; Чобану, Дойна; Иванова, Наталья; Пибер, Томас Р .; Вайшампаян, Параг А. (9 сентября 2016 г.). «Функциональная метагеномика чистых помещений сборки космических аппаратов: наличие факторов вирулентности, связанных с патогенами человека» . Границы микробиологии . 7 : 1321. дои : 10.3389/fmicb.2016.01321 . ISSN 1664-302X . ПМК 5017214 . ПМИД 27667984 .
- ^ Вайнмайер, Томас; Пробст, Александр Дж.; Ла Дюк, Майрон Т.; Чобану, Дойна; Ченг, Ян-Фан; Иванова, Наталья; Раттей, Томас; Вайшампаян, Параг (08 декабря 2015 г.). «Метагеномный анализ, связанный с жизнеспособностью чистых помещений: эукариот, прокариотов и вирусов» . Микробиом . 3:62 . дои : 10.1186/s40168-015-0129-y . ISSN 2049-2618 . ПМК 4672508 . ПМИД 26642878 .
- ^ «Электронная микроскопия | ПЭМ против СЭМ — США» . www.thermofisher.com . Проверено 21 февраля 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Янич, Александр (29 ноября 2018 г.). «Необходимость включения методов обнаружения вирусов в будущие миссии на Марс» . Астробиология . 18 (12): 1611–1614. Бибкод : 2018AsBio..18.1611J . дои : 10.1089/ast.2018.1851 . ISSN 1531-1074 . S2CID 105299840 .
- ^ mars.nasa.gov. «Обработка образца» . mars.nasa.gov . Проверено 21 февраля 2021 г.