Вирусный эукариогенез является гипотезой о том , что ядро клетки из эукариотической формы жизни развилось из большого ДНК - вируса в виде эндосимбиоза в метаногенном archaeon или бактерии . Позже вирус превратился в ядро эукариот, заимствуя гены из генома хозяина и, в конечном итоге, узурпировав свою роль. Гипотеза была предложена Филипом Беллом в 2001 году [1] и получила дальнейшую популяризацию с открытием больших сложных ДНК-вирусов (таких как мимивирус ), способных к заражению.биосинтез белков . Недавние подтверждающие данные включают открытие, что при инфицировании бактериальной клетки гигантский бактериофаг 201Phi2-1 (из рода Phikzvirus ) собирает структуру, подобную ядру, которая разделяет белки в соответствии с функцией. [2] Эта структура, подобная ядру, и ее ключевые свойства были обнаружены консервативными в родственных фагах. [3]
Гипотеза вирусного эукариогенеза разожгла давние дебаты о том, являются ли вирусы живыми организмами . Многие биологи не считают вирусы живыми, но гипотеза утверждает, что вирусы являются создателями генетического механизма ДНК, общего для всех эукариот, живущих сегодня (и, возможно, также для прокариот ). [4]
Критики теории указывают на то, что сходство между ДНК-вирусами и ядрами можно рассматривать как свидетельство либо вирусного эукариогенеза, либо его обратного, ядерного вириогенеза: сложные эукариотические ДНК-вирусы могли возникнуть из инфекционных ядер. [4]
Гипотеза
Гипотеза вирусного эукариогенеза утверждает, что эукариоты состоят из трех предковых элементов: вирусного компонента, ставшего современным ядром; прокариотическая клетка ( архея согласно гипотезе эоцитов ), которая пожертвовала цитоплазму и клеточную мембрану современных клеток; и другая 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. [5] Вирус на основе ДНК мог обеспечить хранилище для древнего хозяина, который ранее использовал РНК для хранения своей генетической информации (такой хозяин называется рибоцелл или рибоцит). [4] Вирусы, возможно, изначально заимствовали ДНК как способ противостоять ферментам, разрушающим РНК, 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 другого вируса. [5] В оригинальной статье это также была РНК- клетка у эукариот, но в конечном итоге более сложная, с процессингом РНК . Хотя это противоречит сегодняшней более вероятной гипотезе об эоцитах, вирусы, похоже, внесли свой вклад в происхождение всех трех сфер жизни («вне вирусной гипотезы»). Также было высказано предположение, что теломераза и теломеры , ключевые аспекты репликации эукариотических клеток , имеют вирусное происхождение. Кроме того, вирусные истоки современного эукариотического ядра могут полагались на нескольких инфекциях из архех клеток , несущих бактериальные митохондриальные предшественник с лизогенными вирусами . [6] Гипотеза вирусного эукариогенеза описывает модель эволюции эукариот, в которой вирус, подобный современному вирусу оспы , превратился в ядро через приобретение гена от существующих видов бактерий и архей. [7] Лизогенный вирус стал центром хранения информации для клетки, в то время как клетка сохранила свои способности к трансляции генов и общей функции, несмотря на проникновение вирусного генома. Точно так же виды бактерий, участвующие в этом эукариогенезе, сохранили свою способность производить энергию в форме АТФ, одновременно передавая большую часть своей генетической информации этой новой органелле ядра вируса . Предполагается, что современный клеточный цикл , при котором митоз , мейоз и пол происходят у всех эукариот, развился из-за баланса, установленного вирусами, которые, как правило, следуют паттерну компромисса между заражением как можно большего числа хозяев и убийством отдельного хозяина посредством вирусное распространение. Гипотетически циклы репликации вируса могут отражать циклы плазмид и вирусных лизогенов . Однако эта теория противоречива, и необходимы дополнительные эксперименты с вирусами архей, поскольку они, вероятно, наиболее эволюционно похожи на современные ядра эукариот. [8] [9]
Гипотеза вирусного эукариогенеза указывает на клеточный цикл эукариот, особенно на пол и мейоз, в качестве доказательства. [8] Мало что известно о происхождении ДНК или репродукции в прокариотических или эукариотических клетках. Таким образом, возможно, что вирусы были вовлечены в создание первых клеток Земли. [10] Ядро эукариот содержит линейную ДНК со специализированными концевыми последовательностями, как у вирусов (и в отличие от бактериальных геномов, имеющих кольцевую топологию); он использует кэппирование мРНК и отделяет транскрипцию от трансляции . Эукариотические ядра также способны к цитоплазматической репликации. У некоторых крупных вирусов есть собственная ДНК-направленная РНК-полимераза . [4] Перенос «инфекционных» ядер был зарегистрирован у многих паразитических красных водорослей . [11] Другим подтверждающим доказательством является то, что кэпирующий аппарат m7G (участвующий в разделении транскрипции и трансляции) присутствует как у Eukarya, так и у Mimiviridae, но не у Lokiarchaeota , которые считаются ближайшими архейными родственниками Eukarya согласно гипотезе Eocyte (также подтвержденной филогенетический анализ m7G прикрывающим пути). [9]
Подразумеваемое
Возможен ряд положений теории. Например, спиральный вирус с билипидной оболочкой имеет явное сходство с сильно упрощенным клеточным ядром (т. Е. Хромосомой ДНК, заключенной в липидную мембрану). Теоретически большой ДНК-вирус может взять под контроль бактериальную или архейную клетку. Вместо того чтобы реплицироваться и разрушать клетку-хозяин , она останется внутри клетки, тем самым преодолевая дилемму компромисса, с которой обычно сталкиваются вирусы. Когда вирус будет контролировать молекулярный аппарат клетки-хозяина, он станет функциональным ядром. Таким образом, посредством процессов митоза и цитокинеза вирус задействует всю клетку в качестве симбионта - новый способ выживания и размножения.
Смотрите также
- Эндогенный ретровирус
- Эндогенный вирусный элемент
- Палеовирология
Рекомендации
- ↑ Bell PJ (сентябрь 2001 г.). «Вирусный эукариогенез: был ли предком ядра сложный ДНК-вирус?». Журнал молекулярной эволюции . 53 (3): 251–6. Bibcode : 2001JMolE..53..251L . DOI : 10.1007 / s002390010215 . PMID 11523012 . S2CID 20542871 .
- ^ Чайкеератисак В., Нгуен К., Ханна К., Брилот А.Ф., Эрб М.Л., Кокер Дж. К. и др. (Январь 2017 г.). «Сборка ядероподобной структуры во время репликации вируса в бактериях» . Наука . 355 (6321): 194–197. Bibcode : 2017Sci ... 355..194C . DOI : 10.1126 / science.aal2130 . PMC 6028185 . PMID 28082593 .
- ^ Чайкеератисак В., Нгуен К., Иган М.Э., Эрб М.Л., Вавилина А., Польяно Дж. (Август 2017 г.). «Ядро фага и веретено тубулина сохраняются среди крупных фагов Pseudomonas» . Отчеты по ячейкам . 20 (7): 1563–1571. DOI : 10.1016 / j.celrep.2017.07.064 . PMC 6028189 . PMID 28813669 .
- ^ а б в г Клэвери Дж. М. (2006). «Вирусы занимают центральное место в клеточной эволюции» . Геномная биология . 7 (6): 110. DOI : 10,1186 / GB-2006-7-6-110 . PMC 1779534 . PMID 16787527 .
- ^ а б Forterre P (март 2006 г.). «Три РНК-клетки для рибосомных линий и три ДНК-вируса для репликации своих геномов: гипотеза происхождения клеточного домена» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3669–74. Bibcode : 2006PNAS..103.3669F . DOI : 10.1073 / pnas.0510333103 . JSTOR 30048645 . PMC 1450140 . PMID 16505372 .
- ^ Витцани, Гюнтер (2008). «Вирусное происхождение теломер и теломераз и их важная роль в эукариогенезе и поддержании генома» (PDF) . Биосемиотика . 1 (2): 191–206. DOI : 10.1007 / s12304-008-9018-0 . S2CID 207415262 .
- ^ Такемура М (май 2001 г.). «Поксвирусы и происхождение ядра эукариот». Журнал молекулярной эволюции . 52 (5): 419–25. Bibcode : 2001JMolE..52..419T . DOI : 10.1007 / s002390010171 . PMID 11443345 . S2CID 21200827 .
- ^ а б Белл П.Дж. (ноябрь 2006 г.). «Пол и цикл эукариотических клеток соответствуют вирусному происхождению эукариотического ядра». Журнал теоретической биологии . 243 (1): 54–63. DOI : 10.1016 / j.jtbi.2006.05.015 . PMID 16846615 .
- ^ а б Белл, PJL (2019). «Доказательства, подтверждающие вирусное происхождение ядра эукариот». bioRxiv 10.1101 / 679175 .
- ^ Треворс Дж. Т. (2003). «Генетический материал в ранней эволюции бактерий». Микробиологические исследования . 158 (1): 1–6. DOI : 10.1078 / 0944-5013-00171 . PMID 12608574 .
- ^ Гофф Л.Дж., Коулман А.В. (ноябрь 1995 г.). "Судьба паразита и ДНК органелл хозяина во время клеточной трансформации красных водорослей их паразитами" . Растительная клетка . 7 (11): 1899–1911. DOI : 10.1105 / tpc.7.11.1899 . JSTOR 3870197 . PMC 161048 . PMID 12242362 .
дальнейшее чтение
- Дуржиньска Я., Годзицкая-Юзефяк А (октябрь 2015 г.). «Вирусы и клетки переплетались с самого начала эволюции» . Журнал вирусологии . 12 : 169. DOI : 10,1186 / s12985-015-0400-7 . PMC 4609113 . PMID 26475454 .
- Хендриксон Х.Л., Пул А.М. (2018). «Многообразие путей к ядру» . Границы микробиологии . 9 : 2604. DOI : 10,3389 / fmicb.2018.02604 . PMC 6212462 . PMID 30416499 .
- Фортер П., Гайя М. (июнь 2016 г.). «Гигантские вирусы и происхождение современных эукариот». Текущее мнение в микробиологии . 31 : 44–49. DOI : 10.1016 / j.mib.2016.02.001 . PMID 26894379 .
- Forterre P (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 . PMID 16476498 .