Вирусный эукариогенез
Вирусный эукариогенез — это гипотеза что клеточное ядро эукариотических о том , форм жизни развилось из большого ДНК-вируса в форме эндосимбиоза внутри метаногенной археи или бактерии . Позже вирус превратился в эукариотическое ядро, приобретя гены из хозяина генома и в конечном итоге узурпировав его роль. Гипотеза была впервые предложена Филипом Беллом в 2001 году. [1] и получил дальнейшую популяризацию с открытием больших и сложных ДНК-вирусов (таких как мимивирус ), которые способны к биосинтезу белка .
Вирусный эукариогенез вызывает споры по нескольким причинам. Во-первых, иногда утверждают, что предполагаемые доказательства вирусного происхождения ядра могут быть, наоборот, использованы для предположения о ядерном происхождении некоторых вирусов. [2] Во-вторых, эта гипотеза еще больше разожгла давние споры о том, являются ли вирусы живыми организмами . [2]
Гипотеза
[ редактировать ]Гипотеза вирусного эукариогенеза утверждает, что эукариоты состоят из трех предковых элементов: вирусного компонента, который стал современным ядром; прокариотическая клетка ( архея по эоцитарной гипотезе ), пожертвовавшая цитоплазму и клеточную мембрану современных клеток; и еще одна прокариотическая клетка (здесь бактерия ), которая в результате эндоцитоза стала современной митохондрией или хлоропластом .
В 2006 году исследователи предположили, что переход от геномов РНК к ДНК впервые произошел в вирусном мире. [3] Вирус на основе ДНК мог обеспечить хранилище для древнего хозяина, который ранее использовал РНК для хранения своей генетической информации (такой хозяин называется рибоклеткой или рибоцитом). [2] Первоначально вирусы могли использовать ДНК как способ противостоять разрушающим РНК, ферментам, в клетках-хозяевах. Следовательно, вклад такого нового компонента мог быть столь же значительным, как вклад хлоропластов или митохондрий . Следуя этой гипотезе, археи, бактерии и эукариоты получили свою информационную систему ДНК от разных вирусов. [3] В оригинальной статье это также была РНК- клетка, ведущая к эукариотам, но в конечном итоге более сложная, с процессингом РНК . Хотя это противоречит сегодняшней более вероятной гипотезе эоцитов, вирусы, по-видимому, внесли свой вклад в возникновение всех трех областей жизни («гипотеза вне вируса»). Также было высказано предположение, что теломераза и теломеры , ключевые аспекты репликации эукариотических клеток , имеют вирусное происхождение. Кроме того, вирусное происхождение современного эукариотического ядра могло быть обусловлено множественными инфекциями архейных клеток, несущих бактериальные митохондриальные предшественники вирусами , лизогенными . [4]
Гипотеза вирусного эукариогенеза описывает модель эволюции эукариот, в которой вирус, похожий на современный вирус оспы , превратился в ядро посредством приобретения генов от существующих видов бактерий и архей. [5] Затем лизогенный вирус стал центром хранения информации в клетке, в то время как клетка сохранила свои способности к трансляции генов и общим функциям, несмотря на проникновение вирусного генома. Точно так же виды бактерий, участвующие в этом эукариогенезе, сохранили свою способность производить энергию в форме АТФ вирусного ядра , одновременно передавая большую часть своей генетической информации в эту новую органеллу . Предполагается, что современный клеточный цикл , при котором митоз , мейоз и пол происходят у всех эукариот, развился из-за баланса, достигнутого вирусами, которые, как правило, следуют модели компромисса между заражением как можно большего числа хозяев и убийством отдельного хозяина посредством вирусная пролиферация. Гипотетически, циклы репликации вирусов могут повторять циклы репликации плазмид и вирусных лизогенов . Однако эта теория противоречива, и необходимы дополнительные эксперименты с вирусами архей, поскольку они, вероятно, наиболее эволюционно схожи с ядрами современных эукариот. [6] [7]
Гипотеза вирусного эукариогенеза в качестве доказательства указывает на клеточный цикл эукариот, особенно пол и мейоз. [6] Мало что известно о происхождении ДНК или размножении в прокариотических или эукариотических клетках. Таким образом, вполне возможно, что вирусы участвовали в создании первых клеток Земли. [8] Ядро эукариот содержит линейную ДНК со специализированными концевыми последовательностями, как у вирусов (и в отличие от геномов бактерий, имеющих кольцевую топологию); он использует кэпирование мРНК и отделяет транскрипцию от трансляции . Ядра эукариот также способны к цитоплазматической репликации. Некоторые крупные вирусы имеют собственную ДНК-ориентированную РНК-полимеразу . [2] Передача «инфекционных» ядер зарегистрирована у многих паразитических красных водорослей . [9]
Подтверждающие доказательства
[ редактировать ]Недавние подтверждающие данные включают открытие того, что при инфицировании бактериальной клетки гигантский бактериофаг 201 Φ2-1 (рода Phikzvirus ) собирает ядроподобную структуру вокруг области репликации генома и разъединяет транскрипцию и трансляцию, а синтезируемая мРНК затем транспортируется в цитоплазму, где подвергается трансляции. [10] Те же исследователи также обнаружили, что этот же фаг кодирует эукариотический гомолог тубулина ( PhuZ ), который играет роль позиционирования вирусной фабрики в центре клетки во время репликации генома. [11] Веретено PhuZ разделяет несколько уникальных свойств с веретеном эукариот: динамическая нестабильность, биполярные массивы филаментов и центральное расположение ДНК. [7] Кроме того, многие классы нуклеоцитоплазматических больших ДНК-вирусов (NCLDV), такие как мимивирусы, имеют аппарат для производства мРНК, кэпированной m7G, и содержат гомологи эукариотического кэп-связывающего белка eIF4E. Те, кто поддерживает вирусный эукариогенез, также указывают на отсутствие этих особенностей у архей и поэтому полагают, что значительный разрыв разделяет группы архей, наиболее родственные эукариотам, и сами эукариоты с точки зрения ядра. В свете этих и других открытий Белл изменил свой первоначальный тезис, предположив, что вирусным предком ядра был NCLDV-подобный архейный вирус, а не вирус, похожий на оспу. [7] Еще одним подтверждающим доказательством является то, что кэпирующий аппарат m7G (участвующий в разъединении транскрипции и трансляции) присутствует как у Eukarya, так и у Mimiviridae , но не у Lokiarchaeota , которые считаются ближайшими архейными родственниками Eukarya согласно гипотезе эоцитов (также подтвержденной гипотезой m7G эоцитов). филогенетический анализ пути кэпирования ). [7]
Подразумеваемое
[ редактировать ]Возможны несколько положений теории. Например, спиральный вирус с билипидной оболочкой имеет явное сходство с сильно упрощенным клеточным ядром (т. е. ДНК-хромосомой, инкапсулированной в липидную мембрану). Теоретически большой ДНК-вирус может взять под контроль бактериальную или архейную клетку. Вместо репликации и разрушения клетки-хозяина она останется внутри клетки, тем самым преодолевая дилемму компромисса, с которой обычно сталкиваются вирусы. Когда вирус будет контролировать молекулярный механизм клетки-хозяина, он фактически станет функциональным ядром. Таким образом, посредством процессов митоза и цитокинеза вирус завербовал всю клетку в качестве симбионта — новый способ выживания и размножения. [12]
Другие взгляды
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел пуст. Вы можете помочь, добавив к нему . ( декабрь 2022 г. ) |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Белл, Филип Дж.Л. (сентябрь 2001 г.). «Вирусный эукариогенез: был ли предок ядра сложным ДНК-вирусом?» . Журнал молекулярной эволюции . 53 (3): 251–6. Бибкод : 2001JMolE..53..251L . дои : 10.1007/s002390010215 . ПМИД 11523012 . S2CID 20542871 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Клавери, Жан-Мишель (2006). «Вирусы занимают центральное место в клеточной эволюции» . Геномная биология . 7 (6): 110. doi : 10.1186/gb-2006-7-6-110 . ПМК 1779534 . ПМИД 16787527 .
- ^ Перейти обратно: а б Фортерре, Патрик (март 2006 г.). «Три клетки РНК для рибосомальных линий и три ДНК-вируса для репликации своих геномов: гипотеза происхождения клеточного домена» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3669–74. Бибкод : 2006PNAS..103.3669F . дои : 10.1073/pnas.0510333103 . JSTOR 30048645 . ПМК 1450140 . ПМИД 16505372 .
- ^ Вицани, Гюнтер (2008). «Вирусное происхождение теломер и теломераз и их важная роль в эукариогенезе и поддержании генома» (PDF) . Биосемиотика . 1 (2): 191–206. дои : 10.1007/s12304-008-9018-0 . S2CID 207415262 . Архивировано из оригинала (PDF) 12 августа 2017 г. Проверено 6 мая 2015 г.
- ^ Такемура, М. (май 2001 г.). «Поксвирусы и происхождение эукариотического ядра». Журнал молекулярной эволюции . 52 (5): 419–25. Бибкод : 2001JMolE..52..419T . дои : 10.1007/s002390010171 . ПМИД 11443345 . S2CID 21200827 .
- ^ Перейти обратно: а б Белл, Филип Дж.Л. (ноябрь 2006 г.). «Пол и цикл эукариотических клеток соответствуют вирусному происхождению эукариотического ядра». Журнал теоретической биологии . 243 (1): 54–63. Бибкод : 2006JThBi.243...54B . дои : 10.1016/j.jtbi.2006.05.015 . ПМИД 16846615 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Белл, Филип Дж.Л. (01 ноября 2020 г.). «Доказательства, подтверждающие вирусное происхождение эукариотического ядра» . Вирусные исследования . 289 : 198168. doi : 10.1016/j.virusres.2020.198168 . ПМИД 32961211 . S2CID 221864135 .
- ^ Треворс, Джек Т. (2003). «Генетический материал в ранней эволюции бактерий» . Микробиологические исследования . 158 (1): 1–6. дои : 10.1078/0944-5013-00171 . ПМИД 12608574 .
- ^ Гофф, Линда Дж.; Коулман, Аннетт В. (ноябрь 1995 г.). «Судьба ДНК паразита и органеллы-хозяина при клеточной трансформации красных водорослей их паразитами» . Растительная клетка . 7 (11): 1899–1911. дои : 10.1105/tpc.7.11.1899 . JSTOR 3870197 . ПМК 161048 . ПМИД 12242362 .
- ^ Чайкеератисак, Воррапон; Нгуен, Катрина; Ханна, Каника; и др. (13 января 2017 г.). «Сборка ядроподобной структуры при репликации вируса у бактерий» . Наука . 355 (6321): 194–197. Бибкод : 2017Sci...355..194C . дои : 10.1126/science.aal2130 . ПМК 6028185 . ПМИД 28082593 .
- ^ Чайкеератисак, Воррапон; Нгуен, Катрина; Иган, МакКеннон Э.; и др. (2017). «Ядро фага и веретено тубулина консервативны среди крупных фагов Pseudomonas» . Отчеты по ячейкам . 20 (7): 1563–1571. дои : 10.1016/j.celrep.2017.07.064 . ПМК 6028189 . ПМИД 28813669 .
- ^ Такемура, М. (2020) Предок медузывируса в протоэукариотической клетке: обновление гипотезы вирусного происхождения ядра. Передний. Микробиол. 11:571831. doi: 10.3389/fmicb.2020.571831
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дуржиньска, Ю.; Годзицка-Юзефиак, А. (октябрь 2015 г.). «Вирусы и клетки переплетались с самого начала эволюции» . Вирусологический журнал . 12 : 169. дои : 10.1186/s12985-015-0400-7 . ПМК 4609113 . ПМИД 26475454 .
- Хендриксон, Х.Л.; Пул, AM (2018). «Многообразные пути к ядру» . Границы микробиологии . 9 : 2604. дои : 10.3389/fmicb.2018.02604 . ПМК 6212462 . ПМИД 30416499 .
- Фортерре, Патрик; Гайя, М. (июнь 2016 г.). «Гигантские вирусы и происхождение современных эукариот». Современное мнение в микробиологии . 31 : 44–49. дои : 10.1016/j.mib.2016.02.001 . ПМИД 26894379 .
- Фортерре, Патрик (апрель 2006 г.). «Происхождение вирусов и их возможная роль в основных эволюционных переходах». Вирусные исследования . 117 (1): 5–16. doi : 10.1016/j.virusres.2006.01.010 . ПМИД 16476498 .