Informacija

7: Prokariotai ir virusai - biologija

7: Prokariotai ir virusai - biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

7: Prokariotai ir virusai

Virusai užima centrinę ląstelių evoliucijos vietą

Virusų kilmę gaubia paslaptis, tačiau genomikos pažanga ir labai sudėtingų milžiniškų DNR virusų atradimas paskatino naujas hipotezes, kad DNR virusai dalyvavo eukariotinių ląstelių branduolio atsiradime ir kad jie verti būti laikomi gyvais organizmus.

Žinomai sudėtinga virusų kilmės problema jau seniai buvo ignoruojama. Šiuolaikinėje literatūroje „virusų evoliucija“ imta vadinti tyrimus, labiau panašius į populiacijos genetiką, pavyzdžiui, pasaulinį naujų polimorfizmų, kasdien atsirandančių paukščių gripo H5N1 viruse [1], tyrimą, o ne pagrindinį klausimą, kur atsiranda virusai. nuo. Tai dabar sparčiai keičiasi dėl naujų drąsių idėjų sutapimo (ir senų atgimimo), netikėtų įspūdingų kai kurių neseniai išskirtų milžiniškų virusų savybių [2, 3], taip pat dėl ​​to, kad jų skaičius nuolat didėja. „įprastų“ virusų ir ląstelinių organizmų genominių sekų, o tai sustiprina lyginamosios genomikos galią [4]. Po to, kai dauguma biologų buvo laikomi negyvais ir nustumti į sparnus, virusai dabar yra pagrindinis veiksnys: jie galėjo būti ten, kur atsirado DNR, galėjo atlikti pagrindinį vaidmenį eukariotinės ląstelės atsiradime ir netgi turėti. buvo biologinių organizmų pasiskirstymo į tris gyvenimo sritis: bakterijų, archejų ir eukarijų priežastis. Šiame straipsnyje trumpai apžvelgsiu kai kuriuos naujausius atradimus ir naujas evoliucines mintis, kurias jie paskatino, prieš papildydamas diskusiją savo klausimu: o kas, jei mes visiškai nepastebėjome tikrosios (bent kai kurių) virusų prigimties. ?


Naudingos nuorodos

Tai vienas iš daugiau nei 2400 OCW kursų. Naršykite šio kurso medžiagą kairėje esančiuose puslapiuose.

MIT OpenCourseWare yra nemokamas ir atviras leidinys, kuriame pateikiama medžiaga iš tūkstančių MIT kursų, apimanti visą MIT mokymo programą.

Jokios registracijos ar registracijos. Laisvai naršykite ir naudokite OCW medžiagą savo tempu. Nėra registracijos ir pradžios ar pabaigos datų.

Žinios yra jūsų atlygis. Naudokite OCW, kad vadovautumėte savo mokymuisi visą gyvenimą arba mokytumėte kitus. Nesiūlome kredito ar sertifikavimo naudojant OCW.

Sukurta dalinimuisi. Parsisiųsti failus vėliau. Siųsti draugams ir kolegoms. Modifikuokite, remiksuokite ir naudokite pakartotinai (tik nepamirškite kaip šaltinio nurodyti OCW).

Apie „MIT OpenCourseWare“

MIT OpenCourseWare yra internetinis leidinys, kuriame pateikiama daugiau nei 2500 MIT kursų medžiaga, laisvai dalijamasi žiniomis su besimokančiaisiais ir pedagogais visame pasaulyje. Sužinokite daugiau »

& kopijuoti 2001 & ndash2018
Masačiusetso Technologijų Institutas

Jūsų naudojimuisi MIT OpenCourseWare svetaine ir medžiaga taikoma mūsų Creative Commons licencija ir kitos naudojimo sąlygos.


Virusai yra svarbūs ekologijos ir evoliucijos žaidėjai

Virusai yra nepaprastai įvairūs ir gausūs aplinkoje. Vandenyno planktone pionierių tyrimai, atliekant DNR dažymą ultrafiltratuose, kuriuose, kaip manoma, nėra bakterijų, leido manyti, kad virusų dalelių (virionų) gali būti daug daugiau nei ląstelių (Fuhrman 1999). Vėliau metagenominė šių frakcijų be ląstelių analizė tiesiogine DNR arba retrotranskribuota DNR seka atskleidė didžiulę virusų genetinę įvairovę (Culley ir kt., 2003 Edwards ir Rohwer, 2005). Nuo šių pradinių tyrimų metagenominė virusų analizė labai išsiplėtė, todėl buvo atrastos naujos virusų ir į virusus panašių agentų grupės, kurios kartu sudaro didžiulį genetinį rezervuarą (Kristensen ir kt., 2010 Suttle 2007). Dėl jų gausos ir poveikio, kurį jie daro užkrėstoms ląstelių populiacijoms, jie vaidina svarbų vaidmenį maistinių medžiagų apykaitoje, nuskendimo greičiuose ir fitoplanktono žydėjimo kontrolėje (Danovaro ir kt., 2011 Fuhrman 1999). Virusai kontroliuoja ląstelių populiacijas, skatindami ląstelių lizę, kuri ne tik prisideda prie biogeocheminės apyvartos, bet ir prie biologinės įvairovės palaikymo. Iš tiesų, stiprus demografinis sumažėjimas, kurį sukelia dominuojančių ląstelių populiacijos dėl viruso lizės (vadinamasis nužudymo mechanizmas), leidžia kitoms, mažiau konkurencingoms rūšims egzistuoti tarpiniu dažniu, todėl išlieka daugybė rūšių (Rodriguezas) -Valera ir kt. 2009 Suttle 2007). Virusai taip pat prisideda prie populiacijų kontrolės, paveikdami jų evoliucinę ekologiją per „raudonosios karalienės“ poveikį, t. Puikus pavyzdys yra virusinė fotosintetinio pikoeukarioto ląstelių ciklo pokyčių indukcija. Emiliania huxleyi. Neseniai buvo įrodyta, kad milžiniški fikodnavirusai užkrečia ir lizuoja tik dumblių diploidinę stadiją, taip skatindami perėjimą iš diploidinės nejudrios į haploidinę judrią ir virusams atsparią fazę – tai „Cheshire cat“ pabėgimo strategija (Frada ir kt., 2008). .

Nauji virusai atrandami ne tik dėl didelio našumo metagenominės sekos nustatymo, bet ir iš klasikinių virusų, užkrečiančių ląstelių linijas, anksčiau netirtų tyrimų. Aprašytoje virusų įvairovėje vyrauja virusai, užkrečiantys žmones, galvijus ar žemės ūkio svarbos augalus. Tačiau per pastaruosius 20 metų buvo padaryta didelė pažanga aprašant virusus, užkrečiančius trečiąją gyvybės sritį – Archaea, kuriai anksčiau buvo skiriama mažai dėmesio arba visai nebuvo skiriama dėmesio. Tyrimai su virusais, užkrečiančiais hipertermofilinę archają, atskleidė neįtartą naujų virusų šeimų įvairovę, įskaitant daugybę naujų morfotipų. Kai kurie iš šių virusų gali patirti morfologinius pokyčius, kai jie yra veikiami aukštos temperatūros - tam tikro „vystymosi ciklo“ dėl konformacinių baltymų pokyčių -, dėl kurių jie užkrečiami tik esant temperatūrai, kurioje jų šeimininkas gali augti (Prangishvili ir kt., 2006). Pastaraisiais metais puikus atradimas buvo milžiniškų virusų su labai dideliais genomais (daugiau nei 300 Kbp ir iki 1,2 Mbp) atradimas, užkrečiantis amebas ir kitus mikrobinius eukariotus (protistus). Kai kurie iš šių genomų viršija kai kurių parazitinių bakterijų genomų, koduojančių kelis šimtus baltymų, dydį (Arslan ir kt. 2011 Boyer ir kt. 2009 Raoult ir kt. 2004 Van Etten 2011).

Virusai yra ne tik gausūs, įvairūs ir svarbūs ekologijai, jie vaidina svarbų vaidmenį jų šeimininkų evoliucijoje. Be selektyvaus spaudimo, kurį jie daro ląstelių populiacijoms, kaip minėta aukščiau, jie skatina genų ir genomų evoliuciją ir sutelkia genus įvairiose linijose. Iš tiesų, priešingai nei neseniai teigta, kad „evoliucijos biologai nepaisė virusų“ (Raoult ir Forterre, 2008), virusai dešimtmečius tarnavo kaip populiacijos genetikos modeliai (dažnai epidemiologijos požiūriu), nes jie greitai vystosi ir turi didelę populiaciją. . Padidėjęs jų evoliucijos greitis iš dalies priklauso nuo to, kad daugelis virusinių polimerazių yra linkusios į klaidas, bet ir dėl daugybės kartų, kurios gali atsirasti per labai trumpą laiką, pavyzdžiui, dėl tolesnės tos pačios populiacijos ląstelių infekcijos arba organizmas. Taigi virusiniai modeliai leidžia patikrinti prognozes, padarytas remiantis skirtingomis populiacijos genetikos hipotezėmis (pvz., Gojobori ir kt., 1990 Lauring ir Andino 2010).

Be to, lyginamoji genomika ir molekulinė filogenetinė analizė aiškiai rodo, kad virusai yra aktyvios horizontaliojo genų perdavimo (HGT) priemonės. Virusiniai genomai ar genomo fragmentai (DNR arba retrotranskribuota RNR) gali rekombinuotis su šeimininko DNR, pavyzdžiui, lizogeninės stadijos metu. Virusinės DNR fragmentai taip pat gali būti įtraukti į prokariotinius genomus tarp trumpų palindrominių sekų regionuose, žinomuose kaip CRISPR (grupuojami reguliariai tarpusavyje esantys trumpi palindrominiai pakartojimai), kurie suteikia imunitetą bakterijoms ir archajai nuo specifinių virusų (Horvath ir Barrangou 2010). Genai iš šeimininko gali būti įtraukti į viruso genomus rekombinacijos metu arba atvirkščiai, svetimos kilmės genai (iš virusų arba iš tolimų ląstelių donorų, transportuojamų viruso genomuose) gali būti įterpti į ląstelių genomus. Tokiu būdu virusai gali skatinti šeimininko evoliuciją tarpininkaujant genų perkėlimui tarp ląstelių linijų, o tai yra platus evoliucijos reiškinys (Gogartenas ir Townsendas 2005) arba skatindami ląstelių genų rekombinaciją (Zeidner ir kt., 2005). Kai kurie ląstelių genai, kartais sukeliantys naujovių, yra kilę iš virusų, tokių kaip telomerazės fermentą koduojantys genai (Eickbush 1997 Nakamura ir kt., 1997) arba sincitinas (galimas retrovirusinės kilmės), randamas placentos žinduoliuose (Dupressoir ir kt. 2009). Tačiau, kaip matėme, virusų genomuose genai vystosi greitai, todėl labai sunku nustatyti, ar viruso genai iš tikrųjų yra virusinės kilmės, ar tai yra ląstelių genai, kurie išsivystė neatpažįstamai. Priešingai, nėra jokių abejonių, kad ląstelių genus užfiksuoja viruso genomai. Ląstelių genai, įtraukti į viruso genomus per rekombinaciją, galėjo būti įgyti atsitiktinai ir prarasti per kelias kartas, tačiau jie gali būti perkelti į kitas ląsteles, kol jie gyvena viruso genome. Tačiau virusų genomų užfiksuoti ląstelių genai gali suteikti prisitaikymo pranašumą, pavyzdžiui, infekcijos metu. Ryškus pavyzdys yra genai, koduojantys II (Sullivan ir kt., 2006) ir I (Sharon ir kt., 2009) fotosistemų elementus, randamus daugelyje cianofagų (virusai, užkrečiantys fotosintezines cianobakterijas), kurie yra išreikšti fagų infekcijos metu ir suteikia tam tikrą naudą. .

Vis labiau pripažįstama, kad virusai yra svarbūs ekologijai ir evoliucijai, o ypač atradus milžiniškus virusus, turinčius labai didelius genomus, koduojančius šimtus baltymų, atgimė ilgalaikės diskusijos apie virusų vaidmenį biologijoje ir gyvybės kilmę, priskiriant virusams a pagrindinis ar pirmapradis vaidmuo. Tačiau šią diskusiją skatina daugybė painių elementų. Toliau pabandysime juos išsiaiškinti, kad atskirtume faktus ir sąvokas nuo hipotezių ir nuo nepagrįstų spekuliacijų. Bet pirmiausia, apie ką diskutuojama?


Rezultatai

Kadangi naujame BSL viruso genome yra genų, homologinių tiek ssRNR, tiek ssDNR virusams, čia jis bus laikinai vadinamas „RNR-DNR hibridiniu virusu“, sutrumpintai „RDHV“. Nors BSL RDHV genomas yra apskritas, genomo dydis yra maždaug dvigubai didesnis nei tipiškų cirkovirusų, o ORF yra išdėstyti neįprasta kryptimi (1A pav.). BSL RDHV Rep turi N-galo riedėjimo rato replikazės endonukleazės (RCRE) domeną (PF02407) [25] ir C-galo superšeimos-3 RNR helikazės (S3H) domeną (PF00910), kurie abu randami cirkovirusiniuose replikuose. 26]. Labai konservuota DNR kamieno kilpa tarpgeniniame regione prieš Rep yra BSL RDHV ir kiaulių cirkovirusuose [27] (1B pav.). Tačiau CP genas yra panašus į mažų ikosaedrinių viendalyčių (+) ssRNR tombusvirusų (PF00729) genus.

BSL RDHV genomo organizavimas. (A) Scheminiai tombusviruso, BSL RDHV ir kiaulių cirkoviruso (PCV) genomų vaizdai: Tombusvirusai yra linijiniai ssRNR virusai, BSL RDHV ir PCV yra žiediniai ssDNR virusai. Juostos žemiau ORF rodo baltymų šeimas, aptiktas „InterProScan“. (B) PCV-1 ir BSL RDHV kamieninių kilpų palyginimas: Tiek BSL RDHV, tiek cirkovirusai turi konservuotą kamieninę kilpą tarpgeniniame regione prieš Respubliką. Juodas tekstas rodo sekos tapatumą. Nonanukleotidų replikacijos pradžia 13nt kilpoje yra dėžutėje. Skliausteliuose nurodomas 9 nukleotidų kamienas prieš heksamero kartojimus H1 ir H2 (pilkos dėžės).

BLAST paieškos ir filogenetinė analizė rodo, kad BSL RDHV Rep yra labiau susijęs su cirovirusiniais pakartojimais nei su kitų virusų ar plazmidžių (2 ir 3A pav.). Aminorūgščių sekų derinimas rodo reikšmingą išsaugojimą tiek RCRE, tiek S3H Rep srityse (4 pav.). N-galo RCRE domenas turi gerai išsaugotus I, II ir III motyvus. Spėjamoje α3-spiralėje yra motyvas III (YxxK) aktyviosios vietos tirozinas [28–31]. S3H domene taip pat yra gerai konservuotų Walker-A, Walker-B, B' ir C motyvų [32–35]. Šios analizės kartu su genomo apskritimu ir į Cirovirusą panašios DNR kamieno kilpos buvimu prieš Rep rodo, kad BSL izoliatas yra į cirovirusą panašus subjektas [26] ir reiškia, kad supakuotą genomą sudaro ssDNR.

Rep aminorūgščių sekų BLASTp duomenys. BSL RDHV Rep ORF aminorūgščių seka buvo palyginta su susijusiomis Rep sekomis naudojant BLASTp. Rodomi išvesties parametrai. Kai įmanoma, nurodomi virusų šeimos pavadinimai. (GOS) „Global Ocean Survey“ suporuoto skaitymo pastoliai 10666 ir 6801. (PCV2) Kiaulių cirovirusas-2, (StCV) Starling Circovirus, (DfCyV) Dragonfly Cyclovirus. (BBTV) Banana Bunchy Top Virus, (SCSV) Subterranean Clover Stunt Virus. (TPCTV) Pomidorų pseudo garbanotas viršutinis virusas, (HrCTV) Krienų garbanotas viršutinis virusas.

Riedėjimo apskritimo replikazės (Rep) ir kapsido baltymų (CP) filogenijos . (A) Rep baltymų filogenija buvo nustatyta iš 204 konservuotų aminorūgščių pozicijų, naudojant kaimynų sujungimo metodą. „Bootstrap“ vertės, viršijančios 60% reikšmingumo slenkstį, pagrįstos 1000 pakartojimų, rodomos šalia šakų. NANOVIRIDAE: (SCSV) Subterranean Clover Stunt Virus, (BBTV) Banana Bunchy Top Virus. CIRCOVIRIDAE: (DfCyV) laumžirgių ciklovirusas, (BatCV) šikšnosparnių cirkovirusas, (StCV) starlingo cirkovirusas, (PCV2) kiaulių cirkovirusas-2. (GOS) „Global Ocean Survey“ suporuoto skaitymo pastoliai 6801 ir 10666. (B) Kapsido baltymų (CP) filogenija buvo nuspręsta iš 256 konservuotų aminorūgščių pozicijų, naudojant „Neighbor-Joining“ metodą. „Bootstrap“ vertės, viršijančios 60% reikšmingumo slenkstį, pagrįstos 1000 pakartojimų, rodomos šalia šakų. TOMBUSVIRIDAE: Dianthovirusai (RCNMV) Raudonųjų dobilų nekrotinės mozaikos virusas, (CRSV) gvazdikų žiedo dėmės virusas. Aureus virusai: (CLSV) Agurkų lapų dėmių virusas, (PLV) Pothos latentinis virusas. Tombus virusai (AMCV) Artišokų išmargintas raukšlių virusas, (TBSV) Pomidorų krūminių kaskadininkų virusas, (HaRV) Havel River Tombusvirus. Neklasifikuoti Tombusviridae (PLPV) Pelargonium Line Pattern Virus. Karmovirusai (MNSV) Melion Necrotic Spot Virus, (SgCV), Saguaro Cactus Virus, (CMtV) Carnation Mottle Virus, (TCV) Ropių raukšlių virusas. Avenavirusas (OCSV) Avižų chlorotinio kaskados virusas. Į NODAVIRIDAE panašus: (SmV-A) Sklerophthora macrospora Virus-A, (PhV-A) Plazmopara halstedii Virusas-A. (GOS) Global Ocean Survey suporuoto galo skaitymo seka 10665. Viruso baltymai, kurių struktūros yra prieinamos, yra išvardyti su Protein Data Bank (PDB) identifikavimo kodu po viruso santrumpos.

Riedėjimo apskritimo replikazės (Rep) aminorūgščių kelių sekų derinimas. BSL RDHV Rep ORF seka (BSL_Rep_ORF) yra suderinta su glaudžiai susijusiomis sekomis, gautomis iš NCBI naudojant PSI-BLAST paieškas. Sekos derinimas buvo atliktas naudojant ClustalW, nustatytus į numatytuosius MEGA v.5 parametrus. I, II ir III endonukleazės domeno motyvai ir 3 šeimos superhelikazės domeno Walker A P-kilpos NTPazė (W-A P-kilpa), Walker B (W-B), B ir C motyvai yra dėžutėje ir pažymėti. Rep nukleazės (RCRE) ir 3 šeimos superhelikazės (S3H helikazės) domenai žymimi bloko rodyklėmis virš sekos derinimo. ClustalW spalvų schema taikoma kelių lygiavimui naudojant Jalview. Amino rūgščių liekanų diapazonas, naudojamas derinant, rodomas po sekos pavadinimo. (GOS) Global Ocean Survey porinio galo skaitymo pastoliai 10666 ir 6801. CIRCOVIRIDAE: (PCV2) Kiaulių cirkovirusas-2, (StCV) Starling Circovirus, (BatCV) Šikšnosparnių cirkovirusas, (DfCyV) Laumžirgių ciklovirusas. NANOVIRIDAE: (BBTV) Banana Bunchy Top Virus, (SCSV) Subterranean Clover Stunt Virus.

BLAST paieškos ir filogenetinė analizė rodo, kad BSL RDHV kapsidų baltymų grupės su ssRNR virusų, turinčių daugiašalius genomus (SmV-A ir PhV-A) CP, ir monopartinės ssRNR. Tombusviridae, išskyrus kapsidų baltymus, esančius ssDNR cirkovirusuose, ir augalus užkrečiančius nanovirusus bei geminivirusus, kurie taip pat koduoja Rep (3B ir 5 paveikslai). SmV-A ir PhV-A virusai taksonomiškai priskiriami neklasifikuojamiems Noda tipo virusams. Šis vertinimas visų pirma pagrįstas nuo RNR priklausoma RNR polimerazės (RdRp) seka, o ne CP [36], kuri, matyt, buvo gauta iš į tombusvirusą panašaus protėvio [24]. Kadangi meliono nekrotinės dėmės virusas ir keletas kitų tombusvirusų yra pernešami į augalus, kuriuos jie užkrėtė grybelių pernešėjais, tikėtina, kad daugiašaliai SmV-A ir PhV-A, užkrečiantys augalų pūkus, įtraukė RNR nuorašą, koduojantį į tombusvirusą panašų virusą CP.

BLASTp duomenys apie kapsidų baltymų (CP) aminorūgščių sekas. BSL RDHV CP ORF aminorūgščių seka buvo lyginama su susijusiomis CP sekomis, naudojant BLASTp. Rodomi išvesties parametrai. Kai įmanoma, nurodomi virusų šeimos pavadinimai. (GOS) „Global Ocean Survey“ porinio galo skaitymo sekos 10665 ir 6800. (SmV-A) Skleroftoros makrospora Virusas-A, (PhV-A) Plasmopara halstedii Virusas-A. (HaRV) Havel River Tombusvirus, (TBSV) Pomidorų krūminių kaskadininkų virusas, (OCSV) Avižų chlorozinis kaskadinis virusas, (MNSV) Meliono nekrotinės dėmės virusas, (SgCV) Saguaro Cactus virusas, (TCV) Ropių raukšlių virusas, (CMtV) Garnation Mottott Virusas, (RCNMV) raudonųjų dobilų nekrozinės mozaikos virusas, (CRSV) gvazdikų žiedinės dėmės virusas, (STNV) tabako nekrozės viruso palydovas, (SV-MWLMV) palydovinis kukurūzų baltosios linijos mozaikos virusas, (SCSV) požeminis dobilų virusas (stunt virusas). Banana Bunchy Top Virus, (HrCTV) Krienų garbanotasis virusas, (PCV2) Kiaulių Cirovirus-2, (StCV) Starling Circovirus, (DfCyV) Dragonfly Cyclovirus.

Keletas Tombusviridae buvo išspręstos kapsido baltymų struktūros, įskaitant ssRNA pomidorų krūminį triuką (TBSV) ir meliono nekrotinės dėmės (MNSV) tombusvirusus [37, 38]. Šios struktūros turi būdingus apvalkalo (S) ir išsikišančius (P) domenus, kurie yra sujungti trumpu vyriu [39]. N-galinis regionas, esantis prieš S domeną, vadinamas RNR sąveikaujančiu arba R domenu. Paprastai nustatyta, kad R domenas, leidžiantis CP sąveikauti su viruso RNR viriono viduje, yra nestruktūruotas ir jame yra bazinių, nukleorūgščių sąveikaujančių liekanų [37]. Jungiamoji rankos sritis (a), tarp R ir S domenų, sudaro β žiedo struktūrą, jungiančią tris CP prie 3 kartų viriono simetrijos ašių [40]. ClustalW kelių BSL ir susijusių CP sekų derinimas rodo skirtingą išsaugojimo lygį kiekviename iš CP domeno regionų (6 pav.). Didžiausias sekos išsaugojimo lygis yra šių baltymų S domene [41]. Daugelis iš Tombusviridae S-domeno sąveikos srityje taip pat yra kalcio jonų surišimo motyvas (DxDxxD) [42, 43], kuris, kaip manoma, padeda padengti virusą, kai jis patenka į augalų ląstelių citoplazmos žemo kalcio aplinką [44]. Moteryje pakeitus asparto rūgštis D155 ir D157 asparaginais (N), atsirado kalcio jonų surišimo stokos ropės raukšlės viruso (TCV) CP mutantas [44]. Pažymėtina, kad tie patys aminorūgščių pakaitalai yra ir BSL RDHV kapsidės baltyme (6 pav.).

Kapsidinio baltymo (CP) aminorūgščių kelių sekų derinimas . BSL RDHV CP ORF seka (BSL_Cap_ORF) yra suderinta su artimai susijusiomis sekomis, gautomis iš PSI-BLAST paieškos naudojant „ClustalW“, nustatytą pagal numatytuosius parametrus MEGA v.5. R, a, S, h ir P domeno sritys nurodytos bloko rodyklėmis virš sekos išlyginimo. ClustalW spalvų schema taikoma kelių lygiavimui naudojant Jalview. (GOS) Global Ocean Survey porinio galo skaitymo pastoliai 10665. Į NODAVIRIDAE panašus: (PhV-A) Plasmopara halstedii Virusas-A, (SmV-A) Sklerophthora macrospora Virusas-A. TOMBUSVIRIDAE: Avenavirusas (OCSV) Avižų chlorotinis kaskadininkų virusas. Karmovirusai (MNSV) Meliono nekrotinės dėmės virusas, (CMtV) Gvazdikų dėmių virusas, (TCV) Ropės raukšlių virusas. Tombus virusas (TBSV) Pomidorų krūmo kaskadininkų virusas. Lygiavimui naudotų aminorūgščių liekanų diapazonas rodomas po sekos pavadinimo. Viruso baltymai, kurių struktūros yra prieinamos, yra išvardyti su baltymų duomenų banko (PDB) identifikavimo kodu po viruso santrumpos.

CP ir Rep baltymų struktūrinis panašumas buvo įvertintas sriegiuojant BSL RDHV sekas į homologines išspręstas struktūras. Siekiant pagrįsti hipotezę, kad BSL RDHV CP atitinka SP domeno konfigūraciją, BSL RDHV CP struktūra buvo numatyta sriegiuojant naudojant žinomas MNSV (PBP ID: 2ZAH) ir TBSV (PBP ID: 2TBV) CP struktūras (7A pav. ). Struktūros prognozių Z balai buvo atitinkamai 71,1 ir 54,4 (Z balas virš 10 rodo didelio patikimumo modelį). Prognozuojama BSL RDHV kapsido baltymo struktūra labai atitiko SS domeno architektūrą, randamą ssRNA TBSV ir MNSV tombusvirusuose. S domenas yra kanoninis β-statinės želė ritinio lankstymas, susidedantis iš devynių antiparallelinių β-grandinių ir dviejų α-sraigtų, esančių tarp β-2 / β-3 ir β-4 / β-5 gijų [45]. P-domenas yra β-barelio konfigūracijos, sudarytas iš 8 antilygiagrečių β-sruogų, su papildomu β posūkiu tarp vyrio ir P-domeno. P domene nėra α-spiralių. BSL RDHV yra vienintelis žinomas DNR virusas, turintis tariamą SS domeno architektūrą, kuri kitaip randama tik ssRNR virusuose.

BSL RDHV numatė baltymų struktūras. (A) BSL RDHV kapsido baltymo struktūrinė analizė: Numatoma BSL RDHV kapsidės baltymo monomero ORF 156–302 likučių struktūra yra padengta pomidorų krūminio kaskadinio viruso (PBP ID: 2TBV) ir meliono nekrotinio taško viruso (PBP ID: 2ZAH) kapsidinių baltymų (pastarieji du nerodomi) ). Numatomas BSL RDHV kapsidas yra spalvomis koduotas pagal „Qres“ matmenų struktūrą atitinkančio parametro balą, BLOSUM80 ir aminorūgščių sekos tapatumo procentą. (B) BSL RDHV replikazės katalizinės šerdies struktūrinė analizė: Prognozuojama BSL RDHV Rep nukleazės domeno struktūra (nuspalvinta Qres), sriegiuota ant PCV2 Rep (PBP ID: 2HW0) sidabro spalvos. Konservuotas aktyviosios vietos tirozinas rodomas geltonai.

BSL Rep nukleazės ir S3H regionų struktūros taip pat buvo labai patikimai prognozuojamos remiantis apskrito ssDNA Porcine Circovirus-2 (PCV2) Rep nukleazės sritimi (PBP ID: 2HW0, Z-balas = 128) [30] (7B pav.) Ir papilomos viruso E1 multimerinis helikazės domenas (PDB ID: 1TUE, Z balas = 68) [46]. Numatytame BSL RDHV Rep nukleazės domene yra aktyvios vietos YxxK motyvas α3 spiralėje, panašus į kitus viruso pakartojimus [47, 48] (7B pav.). Numatytą BSL RDHV Rep helikazės domeno struktūrą galima tinkamai surinkti in silico į pilną heksamerinį vienetą (duomenys nerodomi).

Kadangi nėra aptinkamo sekų panašumo, negalima siūlyti BSL RDHV ORF-3 arba ORF-4 funkcijų. ORF-3 ir ORF-4 nėra tombusviruso ORF homologai, turintys tą patį žymėjimą, kaip parodyta 1A paveiksle.

Panašių virusų nustatymas kitose aplinkose

Norint nustatyti, ar BSL RDHV yra endeminis Boiling Springs ežerui, ar jis atstovauja didesnei virusų grupei, aplinkos sekų duomenų bazėse buvo nuskaitytos homologinės CP ir Rep sekos, išdėstytos panašiomis konfigūracijomis. Nustatyta, kad abiejų baltymų sekos yra panašios į išverstas metagenomines DNR sekas, gautas iš Pasaulinio vandenyno tyrimo (GOS) [49]. BSL RDHV Rep baltymų seka taip pat buvo panaši į Entamoeba ir Giardija integruotos į Rep panašios sekos, galbūt gautos iš virusų arba plazmidžių [50] (23A ir 4 pav.).

Jūros aplinkoje buvo aptikti trys į BSL RDHV panašūs genomai. Nors daugelis GOS sekų yra panašios į BSL RDHV CP arba Rep baltymus, tik dviejuose suporuotuose GOS nuskaitymo karkasuose yra ir cirkoviruso tipo Rep, ir tombusviruso tipo CP genai, panašūs į BSL RDHV (GOS 10665–10666 ir GOS). 6800–6801 GI:142008897 ir GI:134313054) (2–6 pav.). GOS 6800 CP seka yra sutrumpinta ir todėl nebuvo naudojama atliekant daugybinį derinimą ar filogenetinę analizę, tačiau turimos sekos pakako BLASTp palyginimui (3B5 ir 6 pav.). GOS 6801 Rep seka (GI: 142008897 / EBA57255.1), nors ir panaši į BSL RDHV, taip pat turi tariamą parvovirusinio NS1 baltymo raukšlę, kuri buvo nustatyta daugelyje jūrų metagenomų cirkuliarinių Rep sekų [51], galbūt nurodant šoninių genų mainų tarp linijinių (parvovirusinių) ir apskritų ssDNR virusų grupių istorija. Taip pat buvo nustatyta šautuvų seka iš Sargasso jūros [52] (GI: 129569619), kurioje yra gretimi Rep ir CP N ir C galiniai fragmentai, kurie yra panašūs į BSL RDHV sekas ir yra toje pačioje orientacijoje (duomenys nerodomi). ). Šie duomenys tvirtai rodo, kad anksčiau neaptikti į BSL RDHV panašūs virusai yra plačiai paplitę jūrų aplinkoje ir gali būti aptinkami ir kitose aplinkose.


Dauginimasis

Dauginimasis prokariotuose yra aseksualus ir paprastai vyksta dvejetainiu skilimu. Prisiminkite, kad prokarioto DNR egzistuoja kaip viena apvali chromosoma. Prokariotams mitozė nevyksta. Atvirkščiai, chromosoma yra replikuojama ir dvi gautos kopijos atsiskiria viena nuo kitos dėl ląstelės augimo. Prokariotas, dabar padidintas, yra suspaustas į vidų ties pusiauju, o dvi gautos ląstelės, kurios yra klonai, atsiskiria. Dvejetainis skilimas nesuteikia galimybės genetinei rekombinacijai ar genetinei įvairovei, tačiau prokariotai gali dalintis genais trimis kitais mechanizmais.

Į transformacija, prokariotas priima savo aplinkoje rastą DNR, kurią išskiria kiti prokariotai. Jei nepatogeninė bakterija paima DNR toksino genui iš patogeno ir įtraukia naują DNR į savo chromosomą, ji taip pat gali tapti patogeniška. Į transdukcija, bakteriofagai, virusai, užkrečiantys bakterijas, kartais taip pat perkelia trumpus chromosomų DNR gabalus iš vienos bakterijos į kitą. Transdukcijos rezultatas yra rekombinantinis organizmas. Archajai neveikia bakteriofagai, bet jie turi savo virusus, kurie perkelia genetinę medžiagą iš vieno asmens į kitą. Į konjugacija, DNR yra pernešama iš vieno prokarioto į kitą per pilusą, dėl kurio organizmai susiliečia vienas su kitu. Perkelta DNR gali būti plazmidės, mažo apskrito ekstrachromosominės DNR gabalo formos arba kaip hibridas, turintis ir plazmidės, ir chromosomų DNR. Šie trys DNR mainų procesai parodyti 2 paveiksle.

Daugintis gali labai greitai: kai kurioms rūšims – kelias minutes. Šis trumpas generavimo laikas kartu su genetinės rekombinacijos mechanizmais ir dideliu mutacijų greičiu lemia greitą prokariotų evoliuciją, leidžiančią jiems labai greitai reaguoti į aplinkos pokyčius (pvz., Antibiotiko įvedimą).

2 pav. Genų perdavimo mechanizmai prokariotuose. Yra trys mechanizmai, kuriais prokariotai gali keistis DNR. A) transformacijos metu ląstelė paima prokariotinę DNR tiesiai iš aplinkos. DNR gali likti atskira kaip plazmidinė DNR arba būti įtraukta į šeimininko genomą. (b) transdukcijos metu bakteriofagas į ląstelę įšvirkščia DNR, kurioje yra nedidelis DNR fragmentas iš kito prokarioto. (C) konjugacijos metu DNR perkeliama iš vienos ląstelės į kitą per poravimosi tiltelį arba pilį, jungiantį abi ląsteles po to, kai lytinis pilis pritraukia abi bakterijas pakankamai arti, kad susidarytų tiltas.

Prokariotų evoliucija

Kaip mokslininkai atsako į klausimus apie prokariotų evoliuciją? Skirtingai nuo gyvūnų, prokariotų iškastinio įrašo artefaktai suteikia labai mažai informacijos. Senovės prokariotų fosilijos atrodo kaip maži burbuliukai uoloje. Kai kurie mokslininkai kreipiasi į genetiką ir molekulinio laikrodžio principą, teigiantį, kad kuo pastaruoju metu dvi rūšys skiriasi, tuo panašesni bus jų genai (taigi ir baltymai). Priešingai, seniai išsiskyrusios rūšys turės daugiau skirtingų genų.

NASA Astrobiologijos instituto ir Europos molekulinės biologijos laboratorijos mokslininkai bendradarbiavo analizuodami 32 specifinių baltymų, bendrų 72 prokariotų rūšims, molekulinę evoliuciją. 2 Modelis, kurį jie sukūrė iš savo duomenų, rodo, kad trys svarbios bakterijų grupės – aktinobakterijos, Deinokokasir cianobakterijos (bendrai vadinamos Terabakterijos autorių) - pirmieji kolonizavo žemę. Aktinobakterijos yra labai paplitusių gramteigiamų bakterijų grupė, gaminanti šakotas struktūras, tokias kaip grybelinė grybiena, ir apima rūšis, svarbias skaidant organines atliekas. Jūs tai prisiminsite Deinokokas yra bakterijų gentis, kuri yra labai atspari jonizuojančiai spinduliuotei. Be antrosios išorinės membranos, jis turi storą peptidoglikano sluoksnį, todėl turi ir gramteigiamų, ir gramneigiamų bakterijų savybių.

Melsvadumbliai yra fotosintezatoriai ir tikriausiai buvo atsakingi už deguonies gamybą senovės žemėje. Skirtumų terminai rodo, kad bakterijos (Bakterijų domeno narės) nuo įprastų protėvių rūšių skyrėsi prieš 2,5–3,2 milijardo metų, o archeja skyrėsi anksčiau: prieš 3,1–4,1 milijardo metų. Vėliau Eukarya nukrypo nuo archeologinės linijos. Be to, darbe teigiama, kad stromatolitai, susidarę prieš cianobakterijų atsiradimą (maždaug prieš 2,6 milijardo metų), fotosintezavosi anoksinėje aplinkoje ir dėl Terrabakterijų modifikacijų žemėje (atsparumo džiūvimui ir organizmą saugančių junginių turėjimo). nuo šviesos pertekliaus), fotosintezė naudojant deguonį gali būti glaudžiai susijusi su prisitaikymu išgyventi sausumoje.

Santrauka: Prokariotinė ląstelė

Prokariotai (domenai Archaea ir bakterijos) yra vienaląsčiai organizmai, neturintys branduolio. Ląstelės nukleoidinėje srityje jie turi vieną apskrito DNR gabalą. Dauguma prokariotų turi ląstelės sienelę, esančią už plazminės membranos ribos. Kai kurie prokariotai gali turėti papildomų struktūrų, tokių kaip kapsulė, žvyneliai ir pilis.


Virusas

Virusas yra mikroskopinė dalelė, galinti užkrėsti biologinio organizmo ląsteles.

Virusai gali daugintis tik užkrėsdami ląstelę šeimininkę, todėl negali daugintis patys.

Paprasčiausiu lygmeniu virusai susideda iš genetinės medžiagos, esančios apsauginiame baltyminiame apvalkale, vadinamame kapsidu, tiek genetinės medžiagos, tiek baltymų buvimas išskiria juos iš kitų į virusą panašių dalelių, tokių kaip prionai ir viroidai.

Jie užkrečia įvairius organizmus: tiek eukariotus (gyvūnus, grybus ir augalus), tiek prokariotus (bakterijas).

Virusas, užkrečiantis bakterijas, yra žinomas kaip bakteriofagas, dažnai sutrumpinamas iki fago.

Virusų tyrimas yra žinomas kaip virusologija, o tie, kurie tiria virusus, yra žinomi kaip virusologai.

Buvo plačiai ginčijamasi, ar virusai yra gyvi organizmai.

Dauguma virusologų juos laiko negyvais, nes neatitinka visų visuotinai priimto gyvenimo apibrėžimo kriterijų.

Jie yra panašūs į privalomus viduląstelinius parazitus, nes jiems trūksta priemonių savaiminiam dauginimuisi už ląstelės šeimininkės ribų, tačiau skirtingai nei parazitai, virusai paprastai nėra laikomi tikrais gyvais organizmais.

Pagrindinė priežastis yra ta, kad virusai neturi ląstelės membranos arba patys nemetabolizuojasi - visų gyvų organizmų savybės.

Įprastų žmonių ligų, kurias sukelia virusai, pavyzdžiai yra peršalimas, gripas, vėjaraupiai ir lūpų opos.

Rimtas ligas, tokias kaip Ebola, AIDS, paukščių gripas ir SARS, taip pat sukelia virusai.


Prokariotai

Prokariotai yra organizmai, sudaryti iš ląstelių, neturinčių ląstelės branduolio ar bet kokių membranų gaubtų. Tai reiškia, kad prokariotų genetinės medžiagos DNR nėra surišta su branduoliu. Be to, prokariotuose DNR yra mažiau struktūrizuota nei eukariotuose: prokariotuose DNR yra viena kilpa, o eukariotuose DNR yra suskirstyta į chromosomas. Dauguma prokariotų susideda tik iš vienos ląstelės (vienaląsčių), tačiau yra keletas iš ląstelių (daugialąsčių).

Mokslininkai suskirstė prokariotus į dvi grupes - bakterijas ir archejas. Kai kurios bakterijos, įskaitant E Coli, Salmonella ir Listeria, randamos maisto produktuose ir gali sukelti ligas, kitos iš tikrųjų yra naudingos žmogaus virškinimui ir kitoms funkcijoms. Archea buvo unikali gyvybės forma, galinti neribotą laiką gyventi ekstremaliose aplinkose, tokiose kaip hidroterminės angos ar arktinis ledas.

Įprastoje prokariotinėje ląstelėje gali būti šios dalys:

    : ląstelę supanti ir sauganti membrana: visa ląstelėje esanti medžiaga, išskyrus branduolį
  • Flagella ir pili: baltymų pagrindo gijos, esančios kai kurių prokariotinių ląstelių išorėje
  • Nukleoidas: į branduolį panašus ląstelės regionas, kuriame laikoma genetinė medžiaga
  • Plazmidė: maža DNR molekulė, galinti daugintis savarankiškai

Padėkos

Autoriai dėkoja Elaine Barclay ir Kim Findlay už TEM mokymus ir pagalbą ruošiant TEM mėginius, Maite Vaslin de Freitas Silva už augalų ir reagentų tiekimą Brazilijoje ir Tsutomu Matsui už diskusijas apie NωV biofiziką. Dėkojame Mattui Byrne'ui ir Tomui Dendoovenui už naudingas diskusijas apie krio-EM duomenų apdorojimą. John Innes centre šis darbas buvo paremtas Jungtinės Karalystės Biotechnologijos ir biologijos mokslų tyrimų tarybos (BBSRC) Sintetinės biologijos tyrimų centro „OpenPlant“ apdovanojimu (BB/L014130/1), instituto strateginės programos dotacija „Molecules from Nature – Enhanced“. Mokslinių tyrimų pajėgumai “(BBS/E/J/000PR9794), kapitalo dotacijos apdovanojimas (BBSRC), skirtas Johno Inneso centre ir Johno Inneso fonde sukurti Cryo-EM pajėgumus. Eksperimentus, atliktus Rio de Žaneiro federalinėje universitete, rėmė Conselho Nacional de desenvolvimento científico e tecnológico, CNPq Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro, FAPERJ. ThermoFisher Titan Krios mikroskopus finansavo Lidso universitetas (UoL ABSL apdovanojimas) ir Wellcome Trust (108466/Z/15/Z).


Nuorodos

Raoult D, Audic S, Robert C, Abergel C: Mimiviruso 1,2 megabazės genomo seka. Mokslas. 2004, 306: 1344-1350. 10.1126/mokslas.1101485.

Philippe N, Legendre M, Doutre G, Couté Y: Pandoravirusai: amebų virusai, kurių genomai yra iki 2,5 Mb, pasiekiantys parazitinių eukariotų genomą. Mokslas. 2013, 341: 281-286. 10.1126/mokslas.1239181.

Legendre M, Bartoli J: Trisdešimties tūkstančių metų tolimas milžiniškų ikosaedrinių DNR virusų giminaitis su pandoraviruso morfologija. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014, ᅟ: ᅟ -doi: 10.1073/pnas.1320670111

Campos R, Boratto P: Samba virusas: naujas mimivirusas iš milžiniško lietaus miško, Brazilijos Amazonės. Virol J. 2014, 11: 95-10.1186/1743-422X-11-95.

Yutin N, Koonin E: Pandoravirusai yra labai išvesti fikodnavirusai. Biol Direct. 2013, 8: 25-10.1186/1745-6150-8-25.

La SB, Desnues C, Pagnier I, Robert C: The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus. Gamta. 2008, 455: 100-104. 10.1038/nature07218.

Fischer M, Suttle C: A virophage at the origin of large DNA transposons. Mokslas. 2011, 332: 231-234. 10.1126/science.1199412.

Yutin N, Raoult D, Koonin EV: Virophages, polintons, and transpovirons: a complex evolutionary network of diverse selfish genetic elements with different reproduction strategies. Virol J. 2013, 10: 158-10.1186/1743-422X-10-158.

Krupovic M, Bamford DH, Koonin EV: Conservation of major and minor jelly-roll capsid proteins in Polinton (Maverick) transposons suggests that they are bona fide viruses. Biol Direct. 2014, 9: 6-10.1186/1745-6150-9-6.

Katzourakis A: Paleovirology: inferring viral evolution from host genome sequence data. Phil Trans R Soc B. 2013, 368: 1626-10.1098/rstb.2012.0493.


Žiūrėti video įrašą: GATVĖS ŠOKIAI - VAIKAI 7 - 11M. PRADEDANTIEJI. 2020 (Spalio Mėn 2022).