Egy vírus, ami átírhatja az élet történetét

Évtizedek óta próbálják a tudósok megérteni, honnan származnak a vírusok, hogyan fejlődtek, és hogyan illeszkednek az élet fájába. Ezen kutatások egyik vezető alakja Professor Masaharu Takemura, a tokiói Tokyo University of Science (TUS) Természettudományi Karának professzora. 2001-ben ő és Dr. Philip Bell, a Sydney-i Macquarie University Biológiai Tudományok Tanszékének kutatója függetlenül javasolták a sejtmag-vírus eredet elméletét, más néven a vírusos eukariógenezist (Dr. Bell által megalkotott kifejezés).

Ez a hipotézis azt sugallja, hogy az eukarióta sejtek magja (azaz a membránnal körülvett sejtmag) egy nagy DNS-vírusból, például egy fertőző poksvírushoz hasonló vírusból származhatott, amely egy ősi archeális sejtet fertőzött. A vírus nem pusztította el a gazdasejtet, hanem stabilan megtelepedhetett a citoplazmában. Idővel valószínűleg fontos géneket vett át a gazdasejtből, és fokozatosan átalakult abba, amit ma az eukarióta sejtek magjaként ismerünk. Ha az elmélet helyes, a vírusok központi szerepet játszhattak a komplex élet kialakulásában.

Az elképzelés mellett 2003-ban a gigantikus DNS-vírusok felfedezése is megerősítést nyert. Ezek a vírusok a gazdasejtbe való belépéskor úgynevezett „vírusgyárakat” hoznak létre, amelyek membránnal körülvett struktúrák lehetnek, és a DNS-replikáció helyszíneként működnek, hasonlóan a sejtmag primitív változatához. Ez a hasonlóság erősítette a vírusok és a komplex sejtek közötti evolúciós kapcsolat felvetését.

Az elmúlt években további óriás DNS-vírusokat azonosítottak, köztük a Mamonoviridae család tagjait, amelyek acanthamoeba (egysejtű amőba) fajokat fertőznek, valamint a clandestinovirust, egy szorosan kapcsolódó vírust, amely vermamoeba (más amőbafaj) gazdát fertőz.

A Journal of Virology folyóiratban közzétett új tanulmányban Prof. Takemura és a japán Nemzeti Természettudományi Intézet (NINS) kutatói egy új óriás DNS-vírusról számolnak be, amely amőbát fertőz. A vírus, az ushikuvirus, nevét az Ibaraki prefektúrábeli Ushiku-tóról kapta, ahol izolálták, és további bizonyítékot szolgáltat a sejtmag-vírus eredet hipotézisének alátámasztására.

A kutatócsoport tagjai voltak Mr. Jiwan Bae és Mrs. Narumi Hantori, a TUS Természettudományi Karának mesterszakos hallgatói, valamint Dr. Raymond Burton-Smith és Prof. Kazuyoshi Murata a NINS-től.

„Az óriás vírusok igazi kincsestárnak tekinthetők, amelynek világát még teljesen nem értjük. A jövő egyik lehetősége, hogy ez a kutatás új perspektívát adjon, összekapcsolva az élő szervezetek világát a vírusok világával” – mondja Prof. Takemura.

Az óriás vírusok széles körben elterjedtek a természetben, de izolálásuk nehéz. Rendkívül változatosak, így minden új felfedezés jelentős. Az ushikuvirus a vermamoebát fertőzi, hasonlóan a clandestinovirushoz, és szerkezetileg a Mamonoviridae családhoz, különösen a Medusavirushoz hasonlít. A Medusavirus ismert ikosaéderes alakjáról és rövid tüskékkel borított kapszidjáról.

Az ushikuvirus azonban fontos különbségeket is mutat. Jellegzetes citopátiás hatást vált ki, ami miatt a fertőzött vermamoeba sejtek szokatlanul nagyra nőnek. A kapszid felületén több tüskesztruktúra található egyedi „kupolákkal”, némelyik filamentum-szerű kiterjesztéssel, amely a medusavirusoknál nem látható.

Egy másik lényeges különbség a replikáció módjában rejlik. Míg a Medusavirusok és a clandestinovirus az ép gazdasejt-magban szaporodnak, az ushikuvirus a replikáció során lebontja a sejtmag membránját, hogy új víruspartikulumokat hozzon létre. Ez az eltérés evolúciós kapcsolatot sugallhat a Mamonoviridae család olyan vírusai és az olyan óriás vírusok, mint a pandoravirus, amelyek a mag membránjának felbontásával szaporodnak között. A tudósok szerint ezek a különbségek az eltérő gazdákhoz való alkalmazkodás nyomai lehetnek.

A kutatók ezeknek a szerkezeti és funkcionális eltéréseknek a vizsgálatával betekintést nyernek abba, hogyan diverzifikálódtak az óriás vírusok, és hogyan befolyásolhatták a gazdasejtekkel való kölcsönhatásaik a komplex eukarióta élet evolúcióját.

„Az új Mamonoviridae-hoz kapcsolódó vírus, az ‘ushikuvirus’ felfedezése új gazdát talált, és várhatóan növeli a tudást, valamint ösztönzi a vitát a Mamonoviridae család evolúciójáról és filogenetikai helyzetéről. Ennek eredményeként közelebb kerülhetünk az eukarióta szervezetek evolúciójának és az óriás vírusok titkainak megértéséhez” – mondja Prof. Takemura.

Az amőbákat fertőző óriás vírusok gyakorlati értékkel is bírhatnak. Egyes Acanthamoeba-fajok súlyos betegségeket, például amőbás encephalitist okozhatnak. A vírusok fertőzési és pusztító mechanizmusának mélyebb megértése elősegítheti új megelőzési vagy kezelési módszerek kifejlesztését.