Новые результаты появляются в журнале Science Advances.До сих пор вирусы было трудно классифицировать, сказали науки урожая Университета Иллинойса и Институт Карла Р. Уоезе Геномного преподавателя Биологии Густаво Каэтано-Анольеса, который привел новый анализ с аспирантом Аршеном Нэзиром.
В его последнем отчете Международный комитет по Таксономии Вирусов признал семь заказов вирусов, на основе их форм и размеров, генетической структуры и средств репродуцирования.«Под этой классификацией вирусные семьи, принадлежащие тому же самому заказу, вероятно, отличались от обыкновенного наследственного вируса», написали авторы. «Однако только 26 (104) вирусные семьи назначили на заказ, и эволюционные отношения большинства из них остаются неясными».Часть беспорядка происходит от изобилия и разнообразия вирусов.
Меньше чем 4 900 вирусов были определены и упорядочены до сих пор, даже при том, что ученые оценивают, что есть больше чем миллион вирусных разновидностей. Многие вирусы крошечные – значительно меньший, чем бактерии или другие микробы – и содержат только горстку генов.
Другие, как недавно обнаруженный mimiviruses, огромны с геномами, больше, чем те из некоторых бактерий.Новое исследование сосредоточилось на обширном репертуаре структур белка, названных «сгибами», которые закодированы в геномах всех клеток и вирусов. Сгибы – структурные стандартные блоки белков, давая им их сложные, трехмерные формы. Сравнивая структуры сгиба через различные ветви древа жизни, исследователи могут восстановить эволюционные истории сгибов и организмов, геномы которых кодируют для них.
Исследователи приняли решение проанализировать сгибы белка, потому что последовательности, которые кодируют вирусные геномы, подвергаются быстрому изменению; их высокие темпы мутации могут затенить глубоко эволюционные сигналы, сказал Каэтано-Анольес. Сгибы белка – лучшие маркеры древних событий, потому что их трехмерные структуры могут сохраняться, как раз когда последовательности, которые кодируют для них, начинают изменяться.Сегодня, многие вирусы – включая тех, которые вызывают болезнь – принимают строящий белок механизм клеток – хозяев, чтобы сделать копии из себя, которые могут тогда распространиться к другим клеткам.
Вирусы часто вставляют свой собственный генетический материал в ДНК их хозяев. На самом деле остатки древнего вирусного проникновения – теперь постоянные особенности геномов большинства клеточных организмов, включая людей. Эта ловкость для того, чтобы переместить генетический материал может быть доказательствами основной роли вирусов «распорок разнообразия», сказал Каэтано-Анольес.Исследователи проанализировали все известные сгибы в 5 080 организмах, представляющих каждую ветвь древа жизни, включая 3 460 вирусов.
Используя продвинутые методы биоинформатики, они определили 442 сгиба белка, которые разделены между клетками и вирусами, и 66, которые уникальны для вирусов.«Это говорит Вам, что Вы можете построить древо жизни, потому что Вы нашли множество особенностей у вирусов, у которых есть все свойства, которые имеют клетки», сказал Каэтано-Анольес. «У вирусов также есть уникальные компоненты помимо компонентов, которые разделены с клетками».
На самом деле анализ показал генетические последовательности у вирусов, которые непохожи на что-либо замеченное в клетках, сказал Каэтано-Анольес. Это противоречит одной гипотезе, что вирусы захватили весь свой генетический материал от клеток. Это и другие результаты также поддерживают идею, что вирусы – «создатели новинки», сказал он.
Используя доступные данные сгиба белка в базах данных онлайн, Нэзир и Каэтано-Анольес использовали вычислительные методы, чтобы построить деревья жизни, которая включала вирусы.Данные предполагают, «что вирусы, порожденные из многократных древних клеток… и, сосуществовали с предками современных клеток», написали исследователи. Эти древние клетки, вероятно, содержали сегментированные геномы РНК, сказал Каэтано-Анольес.
Данные также предполагают, что в какой-то момент в их эволюционной истории, вскоре после того, как современная клеточная жизнь появилась, большинство вирусов получило способность заключить в капсулу себя в белковых оболочках, которые защитили их генетические полезные грузы, позволив им потратить часть их жизненного цикла за пределами клеток – хозяев и распространиться, сказал Каэтано-Анольес. Сгибы белка, которые уникальны для вирусов, включают тех, которые формируют эти вирусные «капсулы вируса».«Эти капсулы вируса стали более сложными со временем, позволив вирусам стать заразными для клеток, которые ранее сопротивлялись им», сказал Нэзир. «Это – признак паразитизма».
Некоторые ученые утверждали, что вирусы не живут, предприятия, части ДНК и РНК теряют клеточной жизнью. Они указывают на то, что вирусы не в состоянии копировать (воспроизводят) за пределами клеток – хозяев и полагаются на строящее белок оборудование клеток, чтобы функционировать.
Но много доказательств поддерживает идею, что вирусы настолько не отличаются от других живущих предприятий, сказал Каэтано-Анольес.«Много организмов требуют, чтобы другие организмы жили, включая бактерии, которые живут в клетках, и грибы, которые участвуют в, обязывают паразитные отношения – они полагаются на своих хозяев, чтобы закончить их жизненный цикл», сказал он. «И это – то, что делают вирусы».Открытие гиганта mimiviruses в начале 2000-х бросило вызов традиционным идеям о природе вирусов, сказал Каэтано-Анольес.«Эти гигантские вирусы не были крошечным вирусом Эбола, у которого есть только семь генов.
Они крупные в размере и крупные в геномном репертуаре», сказал он. «Некоторые столь же большие физически и с геномами, которые являются столь же большими или больше, чем бактерии, которые являются паразитными».У некоторых гигантских вирусов также есть гены для белков, которые важны для перевода, процесса, которым клетки читают последовательности генов, чтобы построить белки, сказал Каэтано-Анольес.
Отсутствие переводного оборудования у вирусов было когда-то процитировано в качестве оправдания за классификацию их как непроживание, сказал он.«Это больше не», сказал Каэтано-Анольес. «Вирусы теперь заслуживают место в древе жизни.
Очевидно, есть намного больше вирусам, чем мы когда-то думали».