Виросфера
Виросфера ( вирусное разнообразие, вирусный мир, глобальная виросфера) была придумана для обозначения всех тех мест, в которых обнаруживаются вирусы или которые подвергаются воздействию вирусов. [1] [2] Однако в последнее время слово «виросфера» также стало использоваться для обозначения пула вирусов, который встречается на всех хостах и во всех средах. [3] а также вирусы, связанные с конкретными типами хозяев ( прокариотическая виросфера, [4] архейная виросфера, [5] виросфера беспозвоночных ), [6] тип генома ( РНК- виросфера, [7] дцДНК виросфера) [8] или экологическая ниша (морская виросфера). [9]
Разнообразие вирусного генома
[ редактировать ]Разнообразие вирусного генома огромно по сравнению с клеточной жизнью. Клеточная жизнь, включая все известные организмы, имеет двухцепочечный геном ДНК. В то время как вирусы обладают одним из как минимум 7 различных типов генетической информации , а именно дцДНК, оцДНК, дцРНК, оцРНК+, оцРНК-, оцРНК-RT, дцДНК-RT. Каждый тип генетической информации имеет свой особый способ синтеза мРНК . Балтиморская классификация — это система, дающая обзор этих механизмов для каждого типа генома. Более того, в отличие от клеточных организмов, вирусы не имеют универсально консервативных последовательностей , по которым можно было бы сравнивать. в своих геномах [ нужна ссылка ]
Размер вирусного генома варьируется примерно в 1000 раз. Самые маленькие вирусы могут состоять всего из 1–2 т.п.н. генома, кодирующего 1 или 2 гена, и этого достаточно для того, чтобы успешно развиваться и путешествовать в пространстве и времени, заражая и реплицируя (создавая собственные копии) в своем хозяине. Двумя наиболее основными вирусными генами являются ген репликазы и ген капсидного белка . Как только они появляются у вируса, он представляет собой биологическую сущность, способную развиваться и воспроизводиться в клеточных формах жизни. Некоторые вирусы могут иметь только ген репликазы и использовать капсидный ген другого, например, эндогенного вируса . Большинство вирусных геномов имеют размер 10–100 КБ, тогда как бактериофаги, как правило, имеют более крупные геномы, несущие части генов машины трансляции генома от своего хозяина. Напротив, РНК-вирусы имеют меньшие геномы: у коронавируса максимум 35 КБ . Геномы РНК имеют более высокую скорость мутаций, поэтому их геном должен быть достаточно маленьким, чтобы не содержать множество мутаций, которые могли бы разрушить важные гены или их части. [10] Функция подавляющего большинства вирусных генов остается неизвестной, и подходы к изучению требуют разработки. [11] Общее количество вирусных генов намного превышает общее количество генов трех доменов жизни вместе взятых, что практически означает, что вирусы кодируют большую часть генетического разнообразия на планете. [12]
Разнообразие вирусных хозяев
[ редактировать ]Вирусы — космополиты , они способны заразить каждую клетку и каждый организм на планете Земля. Однако разные вирусы заражают разные хосты. Вирусы специфичны для хозяина, поскольку им необходимо реплицироваться (размножаться) внутри клетки-хозяина. Чтобы проникнуть в клетку, вирусной частице необходимо взаимодействовать с рецептором на поверхности клетки-хозяина. Для процесса репликации многие вирусы используют свои собственные репликазы, но для синтеза белка они зависят от механизма синтеза белка в клетке-хозяине . Таким образом, специфичность хозяина является ограничивающим фактором для репродукции вируса. [ нужна ссылка ]
Некоторые вирусы имеют чрезвычайно узкий круг хозяев и способны инфицировать только один определенный штамм одного вида бактерий, тогда как другие способны инфицировать сотни и даже тысячи различных хозяев. Например, вирус мозаики огурца (CMV) может использовать в качестве хозяина более 1000 различных видов растений. [13] Члены вирусных семейств, таких как Rhabdoviridae, заражают хозяев из разных царств, например растений и позвоночных. [14] Представители родов Psimunavirus и Myohalovirus заражают хозяев из разных областей жизни, например бактерий и архей. [15]
Разнообразие вирусного капсида
[ редактировать ]Капсид — это внешняя защитная оболочка или каркас вирусного генома. Капсид, содержащий вирусную нуклеиновую кислоту, образует вирусную частицу или вирион. Капсид состоит из белка и иногда имеет липидный слой, укрытый от клетки-хозяина на выходе из нее. Капсидные белки обладают высокой симметричностью и самостоятельно собираются внутри клетки-хозяина в связи с тем, что собранный капсид находится в более термодинамически выгодном состоянии, чем отдельные беспорядочно плавающие белки. Большинство вирусных капсидов имеют икосаэдрическую или спиральную симметрию, тогда как бактериофаги имеют сложную структуру, состоящую из икосаэдрической головки и спирального хвоста, включая базовую пластинку и волокна, важные для распознавания и проникновения клеток-хозяев. [16] Вирусы архей, заражающие хозяев, живущих в экстремальных средах, таких как кипящая вода, сильно соленая или кислая среда, имеют совершенно разные формы и структуры капсида. Разнообразие капсидных структур архейных вирусов включает лимонообразные вирусы Bicaudaviridae семейства и рода Salterprovirus , веретенообразную форму Fuselloviridae , бутылкообразную форму Ampullaviridae , яйцевидную форму Guttaviridae . [5]
Размер капсида вируса резко различается в зависимости от размера его генома и типа капсида. Икосаэдрические капсиды измеряются по диаметру, тогда как спиральные и сложные - по длине и диаметру. Вирусы различаются размером капсида в диапазоне от 10 до более 1000 нм. Самыми маленькими вирусами являются оцРНК-вирусы, такие как парвовирус . Они имеют икосаэдрический капсид диаметром около 14 нм. Тогда как крупнейшими известными в настоящее время вирусами являются Pithovirus , Mamavirus и Pandoravirus . Питовирус представляет собой вирус колбовидной формы длиной 1500 нм и диаметром 500 нм, Пандоравирус представляет собой вирус овальной формы длиной 1000 нм (1 микрон), а Мамавирус представляет собой икосаэдрический вирус, достигающий примерно 500 нм в диаметре. [17] Пример того, как размер капсида зависит от размера вирусного генома, можно показать, сравнивая икосаэдрические вирусы: самые маленькие вирусы имеют диаметр 15-30 нм и имеют геномы в диапазоне от 5 до 15 т.п.н. (килооснований или пар килооснований в зависимости от типа геном), а самые большие из них имеют диаметр около 500 нм, а их геномы также являются самыми большими, они превышают 1 Мб (миллион пар оснований). [ нужна ссылка ]
Вирусная эволюция
[ редактировать ]Вирусная эволюция или эволюция вирусов предположительно началась с начала второй эпохи мира РНК, когда различные типы вирусных геномов возникли путем перехода от РНК-РТ-ДНК, что также подчеркивает, что вирусы сыграли решающую роль в возникновении ДНК. и предшествовал LUCA [18] [19] Обилие и разнообразие вирусных генов также подразумевают, что их происхождение предшествует LUCA . [20] Поскольку вирусы не имеют общих объединяющих генов, их считают полифилетическими или имеющими множественное происхождение, а не одно общее происхождение, как у всех клеточных форм жизни. [21] [22] Эволюция вируса более сложна, поскольку она весьма склонна к горизонтальному переносу генов , генетической рекомбинации и реассортации . Более того, эволюцию вируса всегда следует рассматривать как процесс совместной эволюции с хозяином, поскольку клетка-хозяин необходима для размножения вируса и, следовательно, для эволюции . [ нужна ссылка ]
Вирусное изобилие
[ редактировать ]Вирусы являются наиболее распространенными биологическими объектами, на нашей планете насчитывается 10^31 вирусов. [23] [24] Вирусы способны заражать все организмы на Земле и способны выживать в гораздо более суровых условиях, чем любая клеточная форма жизни. Поскольку вирусы не могут быть включены в древо жизни, не существует отдельной структуры, иллюстрирующей вирусное разнообразие и эволюционные связи. [25] Однако вездесущность вируса можно представить как виросферу, охватывающую все древо жизни. [ нужна ссылка ]
Сегодня мы вступаем в фазу экспоненциального открытия вирусов. Технологии секвенирования генома , в том числе высокопроизводительные методы, позволяют быстро и дешево секвенировать образцы окружающей среды. Подавляющее большинство последовательностей из любых сред, как из диких природных, так и из искусственных резервуаров, являются новыми. [26] [27] Практически это означает, что за более чем 100 лет исследований вирусов, начиная с открытия бактериофагов - вирусов бактерий в 1917 году и до настоящего времени, мы лишь коснулись поверхности огромного вирусного разнообразия. Используемые ранее классические методы, такие как вирусная культура, позволяли наблюдать физические вирионы или вирусные частицы с помощью электронного микроскопа , а также позволяли собирать информацию об их физических и молекулярных свойствах. Новые методы имеют дело только с генетической информацией вирусов. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- вирус
- вирусология
- Вироме
- вирусная эволюция
- классификация вирусов
- список семейств вирусов
- список родов вирусов
- список видов вирусов
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Всемирные слова: Виросфера» . Всемирные слова . Проверено 13 апреля 2023 г.
- ^ Саттл, Кертис (2005). «Вириосфера: величайшее биологическое разнообразие на Земле и двигатель глобальных процессов» . Экологическая микробиология . 7 (4): 481–482. Бибкод : 2005EnvMi...7..481S . дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.803_11.x . ISSN 1462-2912 . ПМИД 15816923 . S2CID 40555592 .
- ^ Аброй, Ааре; Гоф, Джулиан (2011). «Являются ли вирусы источником новых белковых складок для организмов? – Пространство структуры виросферы и эволюция» . Биоэссе . 33 (8): 626–635. doi : 10.1002/bies.201000126 . ISSN 1521-1878 . ПМИД 21633962 . S2CID 6680980 .
- ^ Крупович, Март; Прангишвили, Давид; Хендрикс, Роджер В.; Бэмфорд, Деннис Х. (2011). «Геномика бактериальных и архейных вирусов: динамика в прокариотической виросфере» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 75 (4): 610–635. дои : 10.1128/mmbr.00011-11 . ПМЦ 3232739 . ПМИД 22126996 .
- ^ Jump up to: а б Прангишвили, Давид; Бэмфорд, Деннис Х.; Фортерре, Патрик; Иранзо, Хайме; Кунин Евгений Владимирович; Крупович, Март (декабрь 2017 г.). «Загадочная архейная виросфера» . Обзоры природы Микробиология . 15 (12): 724–739. дои : 10.1038/nrmicro.2017.125 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 29123227 . S2CID 21789564 .
- ^ Ши, Ман; Тянь, Цзюнь-Хуа; Лян-Цзюнь, Ли, Ци-Сю; Ли, Цзюнь-Пин; Иден, Джон-Себастьян, Ян (декабрь 2016 г.). «Переосмысление РНК-виросферы беспозвоночных» Nature . 540 ( 7634): 539–543. Бибкод : 2016Natur.540..539S . doi : 10.1038/nature20167 . 6 . -4687 . ПМИД 27880757 .
- ^ , Дегучи, Кен; Нунура, Такуро (2018) Ёсида - Ураяма, Сюн-ичи; Такаки, Ниши, Синро ; Такашима . 18 (6): 1444–1455. : 10.1111 /1755-0998.12936 . ISSN 1755-0998 . PMID 30256532. Номер документа S2CID 52821905 .
- ^ Иранзо, Хайме; Крупович, Март; Кунин, Евгений В. (2016). «Двухцепочечная ДНК-виросфера как модульная иерархическая сеть обмена генами» . мБио . 7 (4). дои : 10.1128/mbio.00978-16 . ПМЦ 4981718 . ПМИД 27486193 .
- ^ Мизуно, Каролина Мегуми; Родригес-Валера, Франциско; Каймс, Николь Э.; Гай, Рохит (12 декабря 2013 г.). «Расширение морской виросферы с помощью метагеномики» . ПЛОС Генетика . 9 (12): e1003987. дои : 10.1371/journal.pgen.1003987 . ISSN 1553-7404 . ПМЦ 3861242 . ПМИД 24348267 .
- ^ Холмс, Эдвард К. (26 января 2010 г.). «Сравнительная геномика возникновения вирусов» . Труды Национальной академии наук . 107 (приложение 1): 1742–1746. дои : 10.1073/pnas.0906193106 . ПМЦ 2868293 . ПМИД 19858482 .
- ^ Гурвиц, Бонни Л.; У'Рен, Яна М.; Юенс-Кларк, Кен (май 2016 г.). Миллард, Эндрю (ред.). «Вычислительная разведка великого вирусного неизвестного» . Письма FEMS по микробиологии . 363 (10): fnw077. дои : 10.1093/femsle/fnw077 . ISSN 1574-6968 . ПМИД 27030726 .
- ^ Ровер, Форест; Баротт, Кэти (01 марта 2013 г.). «Вирусная информация» . Биология и философия . 28 (2): 283–297. дои : 10.1007/s10539-012-9344-0 . ISSN 1572-8404 . ПМЦ 3585991 . ПМИД 23482918 .
- ^ Палукайтис, Питер; Руссинк, Мэрилин Дж.; Дицген, Ральф Г.; Франки, Ричард И.Б. (1 января 1992 г.). «Вирус огуречной MOSAIC» . Достижения в области исследования вирусов . 41 : 281–348. дои : 10.1016/S0065-3527(08)60039-1 . ISBN 9780120398416 . ISSN 0065-3527 . ПМИД 1575085 .
- ^ Хогенхаут, Саския А.; Рединбо, Маргарет Г.; Аммар, Эль-Десуки (июнь 2003 г.). «Номенклатура хозяев рабдовируса растений и животных: взгляд на ошибку» . Тенденции в микробиологии . 11 (6): 264–271. дои : 10.1016/s0966-842x(03)00120-3 . ISSN 0966-842X . ПМИД 12823943 .
- ^ Дьял-Смит, Майк; Пальма, Питер; Ваннер, Герхард; Витте, Анджела; Остерхельт, Дитер; Пфайффер, Фридхельм (март 2019 г.). «Вирус Halobacterium salinarum ChaoS9, новый галовирус, родственный PhiH1 и PhiCh1» . Гены . 10 (3): 194. doi : 10.3390/genes10030194 . ПМК 6471424 . ПМИД 30832293 .
- ^ Киззия, Джеймс Л.; Мэннинг, Кейт А.; Дирборн, Альтайра Д.; Докланд, Терье (18 февраля 2020 г.). «Структура механизма распознавания и проникновения в клетку-хозяина бактериофага Staphylococcus aureus» . ПЛОС Патогены . 16 (2): e1008314. дои : 10.1371/journal.ppat.1008314 . ISSN 1553-7374 . ПМК 7048315 . ПМИД 32069326 .
- ^ Абергель, Шанталь; Лежандр, Матье; Клавери, Жан-Мишель (01 ноября 2015 г.). «Быстро расширяющаяся вселенная гигантских вирусов: Мимивирус, Пандоравирус, Питовирус и Молливирус» . Обзоры микробиологии FEMS . 39 (6): 779–796. дои : 10.1093/femsre/fuv037 . ISSN 0168-6445 . ПМИД 26391910 .
- ^ Холмс, Эдвард К. (2011). «Что эволюция вирусов говорит нам о происхождении вирусов?» . Журнал вирусологии . 85 (11): 5247–5251. дои : 10.1128/jvi.02203-10 . ПМК 3094976 . ПМИД 21450811 .
- ^ Крупович, Март; Доля, Валериан В.; Кунин, Евгений В. (ноябрь 2020 г.). «LUCA и ее комплексный виром» . Обзоры природы Микробиология . 18 (11): 661–670. дои : 10.1038/s41579-020-0408-x . ISSN 1740-1534 . PMID 32665595 . S2CID 220516514 .
- ^ Эдвардс, Роберт А.; Ровер, Форест (июнь 2005 г.). «Вирусная метагеномика» . Обзоры природы Микробиология . 3 (6): 504–510. дои : 10.1038/nrmicro1163 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 15886693 . S2CID 8059643 .
- ^ Иранзо, Хайме; Крупович, Март; Кунин, Евгений В. (04 марта 2017 г.). «Сетевой взгляд на мир вирусов» . Коммуникативная и интегративная биология . 10 (2): e1296614. дои : 10.1080/19420889.2017.1296614 . ISSN 1942-0889 . ПМЦ 5398231 . ПМИД 28451057 .
- ^ Крупович, Март; Доля, Валериан В.; Кунин, Евгений В. (июль 2019 г.). «Происхождение вирусов: первичные репликаторы, рекрутирующие капсиды от хозяев» . Обзоры природы Микробиология . 17 (7): 449–458. дои : 10.1038/s41579-019-0205-6 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 31142823 . S2CID 169035711 .
- ^ Саттл, Кертис А. (октябрь 2007 г.). «Морские вирусы — основные игроки глобальной экосистемы» . Обзоры природы Микробиология . 5 (10): 801–812. дои : 10.1038/nrmicro1750 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 17853907 . S2CID 4658457 .
- ^ Брейтбарт, Майя; Ровер, Форест (июнь 2005 г.). «Тут вирус, там вирус, везде один и тот же вирус?» . Тенденции в микробиологии . 13 (6): 278–284. дои : 10.1016/j.tim.2005.04.003 . ISSN 0966-842X . ПМИД 15936660 .
- ^ «V-таблица – интерактивная структурированная виросфера» (PDF) . dpublication.com . 6 декабря 2019 года . Проверено 18 сентября 2021 г.
- ^ Гулино, К.; Рахман, Дж.; Бадри, М.; Мортон, Дж.; Бонно, Р.; Гедин, Э. (30 июня 2020 г.). Гилберт, Джек А. (ред.). «Первоначальное картирование вирусома сточных вод Нью-Йорка» . mSystems . 5 (3). doi : 10.1128/mSystems.00876-19 . ISSN 2379-5077 . ПМК 7300365 . ПМИД 32546676 .
- ^ Лабонте, Джессика М.; Саттл, Кертис А. (ноябрь 2013 г.). «Ранее неизвестные и сильно расходящиеся вирусы оцДНК населяют океаны» . Журнал ISME . 7 (11): 2169–2177. Бибкод : 2013ISMEJ...7.2169L . дои : 10.1038/ismej.2013.110 . ISSN 1751-7370 . ПМК 3806263 . ПМИД 23842650 .
