Nowe badanie wykazało, że kod genetyczny jednokomórkowego Amoebidium zawiera pozostałości starożytnych gigantycznych wirusów, co zapewnia wgląd w ewolucję genetyczną złożonego życia. Odkrycie to ujawnia, że te geny wirusowe, choć potencjalnie szkodliwe, są utrzymywane w stanie nieaktywnym przez procesy chemiczne zachodzące w DNA Amoebidium, co sugeruje bardziej skomplikowany związek między wirusami a ich żywicielami, co może mieć wpływ na nasze zrozumienie ewolucji genetycznej innych organizmów, w tym ludzi.
Mikroorganizmy ujawniają, w jaki sposób nasi jednokomórkowi poprzednicy włączali wirusowe DNA do swoich własnych genomów.
Naukowcy odkryli pozostałości starożytnych gigantycznych wirusów w genomie jednokomórkowego organizmu Amoebidium, co sugeruje, że takie sekwencje wirusowe mogły odgrywać rolę w ewolucji złożonych form życia. Badanie to podkreśla dynamiczną relację między wirusami a ich żywicielami, co odbija się również na genetyce człowieka.
Zaskakujący zwrot w historii ewolucji złożonego życia odkryto w nowym badaniu opublikowanym w: Postęp nauki. Naukowcy z Queen Mary University of London odkryli, że organizm jednokomórkowy, blisko spokrewniony ze zwierzętami, zawiera w swoim kodzie genetycznym pozostałości starożytnych gigantycznych wirusów. Odkrycie to zapewnia wgląd w to, w jaki sposób złożone organizmy mogły nabyć niektóre ze swoich genów, i podkreśla dynamiczną interakcję między wirusami a ich żywicielami.
Badanie skupiło się na drobnoustroju o nazwie Amoebidium, jednokomórkowym pasożytze występującym w środowiskach słodkowodnych. Analizując genom Amoebidium, naukowcy pod kierunkiem dr Alexa de Mendozy Solera, starszego wykładowcy w Queen Mary’s School of Biological and Behavioral Sciences, odkryli zaskakującą obfitość materiału genetycznego pochodzącego od gigantycznych wirusów – jednych z największych wirusów znanych nauce. Te sekwencje wirusowe były silnie zmetylowane, co jest znacznikiem chemicznym, który często wycisza geny.
„To jak znalezienie koni trojańskich ukrywających się w Amoebidium DNA”- wyjaśnia dr de Mendoza Soler. „Te wstawki wirusowe są potencjalnie szkodliwe, ale wydaje się, że Amoebidium utrzymuje je w ryzach, chemicznie je wyciszając”.
Drobnoustrój Amoebidium appalachense przechodzi swój cykl rozwojowy w laboratorium. Jądra dzielą się w komórce aż do osiągnięcia dojrzałości (około 40 godzin na filmie), kiedy każde jądro staje się pojedynczą komórką, a kolonia pęka, dając początek potomstwu. Źródło: Alex de Mendoza
Bieżące badania i implikacje
Następnie badacze sprawdzili, jak powszechne może być to zjawisko. Porównali genomy kilku izolatów Amoebidium i odkryli znaczne różnice w zawartości wirusów. Sugeruje to, że proces integracji i wyciszania wirusa jest ciągły i dynamiczny.
„Te odkrycia podważają naszą wiedzę na temat związku między wirusami a ich żywicielami” – mówi dr de Mendoza Soler. „Tradycyjnie wirusy są postrzegane jako najeźdźcy, ale to badanie sugeruje bardziej złożoną historię. Insercje wirusowe mogły odegrać rolę w ewolucji złożonych organizmów, dostarczając im nowych genów. Umożliwia to chemiczne oswajanie DNA tych intruzów.”
Komórki Amoebidium appalachense wybarwione pod kątem DNA (na niebiesko, pokazujące jądro) i aktyny (na zielono), podkreślając błony komórkowe na etapie komórkowości kolonii. Źródło: Alex de Mendoza
Co więcej, odkrycia w projekcie Amoebidium oferują intrygujące podobieństwa do interakcji naszych własnych genomów z wirusami. Podobnie jak Amoebidium, ludzie i inne ssaki mają w swoim DNA pozostałości starożytnych wirusów, zwanych endogennymi retrowirusami. Chociaż wcześniej uważano, że te pozostałości to nieaktywne „śmieciowe DNA”, niektóre mogą teraz być pożyteczne. Jednak w przeciwieństwie do gigantycznych wirusów występujących w Amoebidium, endogenne retrowirusy są znacznie mniejsze, a ludzki genom jest znacznie większy. Przyszłe badania mogą zbadać te podobieństwa i różnice, aby zrozumieć złożoną interakcję między wirusami i złożonymi formami życia.
Odniesienie: „Metylacja DNA umożliwia powtarzającą się endogenizację gigantycznych wirusów u krewnego zwierzęcia” Luke A. Sarre, Iana V. Kim, Vladimir Ovchinnikov, Marine Olivetta, Hiroshi Suga, Omaya Dudin, Arnau Sebé-Pedrós i Alex de Mendoza, 12 lipca 2024, Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.ado6406
