Kas yra Pandoravirusas — gigantiški virusai su didžiausiu genomu

Atraskite Pandoravirusą — gigantišką virusą su didžiausiu genomu (iki 2,5 mln. bp) ir 93% unikalių genų. Sužinokite apie jo išskirtinumą ir mokslo paslaptis.

Pandoravirusas yra labai didelių virusų gentis. Jų genomai yra didžiausi iš visų virusų genčių. Kaip ir kiti dideli virusai Mimivirus, Pithovirus ir Megavirus, Pandoravirus užkrečia amebas. Jo genomas, turintis nuo 1,9 iki 2,5 megabazės DNR, yra dvigubai didesnis už Megaviruso genomą. Jis labai skiriasi nuo kitų didžiųjų virusų savo išvaizda ir genomo struktūra.

Nors pithoviruso kapsidė yra 50 % didesnė, Pandoraviruso genomas yra didžiausias iš visų virusų (2,5 mln. bazių porų).

Apie 93 proc. pandoravirusų genų nėra žinomi iš kitų mikrobų. Tai paskatino kai kuriuos mokslininkus manyti, kad šis virusas priklauso "ketvirtajai sričiai", be bakterijų, archėjų ir eukariotų. Virusai apskritai nėra laikomi priklausančiais šiems trims domenams, tačiau kai kurie biologai anksčiau juos siūlė priskirti vienam iš jų.

Atranka ir geografija

Pandoravirusai pirmą kartą aprašyti 2013 m. ir atrasti įvairiose aplinkose — jūrų nuosėdose ir gėluose vandenyse. Geriausiai žinomos rūšys yra Pandoravirus salinus ir Pandoravirus dulcis, rasti atitinkamai Ramiojo vandenyno pakrantės nuosėdose ir gėlo vandens telkinyje. Virusai yra izoliuojami kartu su jų šeimininkėmis — dažniausiai Acanthamoeba genties amebomis — naudojant kultūravimą, elektroninę mikroskopiją ir genomų sekoskaitą.

Struktūra ir dydis

Vizualiai pandoravirusai skiriasi nuo tradicinių icosahedralinių virusų: jų dalelės (virionai) yra didelės, net iki ~1 µm ilgio, ir turi netaisyklingą, burokų ar amforos formą. Jie neturi aiškiai atpažįstamos klasikinės kapsidės struktūros, kuri būdinga daugumai kitų virusų — vietoj to viriono paviršius padengtas sluoksniu (tegumentu), o pats morfologinis vaizdas primena ląsteles ar organeles.

Genomas ir genų turinys

• Genomo dydis: 1,9–2,5 megabazių (Mb), didžiausias iš žinomų virusų genomo.
• Daug genų yra unikalūs: apie 90–93 % jų neturi aiškių atitikmenų kitų organizmų duomenų bazėse (vadinami ORFans).
• Genomas yra sudėtingas: randama genų, susijusių su DNR replikacija, remontu, transkripcija ir įvairiomis metabolinėmis funkcijomis — tai verčia peržiūrėti, ką laikome „virusiniu“ genų rinkiniu.

Gyvenimo ciklas

Pandoravirusai užkrečia amebas ir daugiausia replikaciją vykdo citoplazmoje, kur susidaro vadinamosios virusinės „fabrikos“ — specialios citoplazminės zonos, kur formuojasi nauji virionai. Replikacijos eiga ir struktūriniai komponentai yra tyrinėti elektroninės mikroskopijos ir genomų analizės būdu; jie rodo, kad pandoravirusai naudoja sudėtingus mechanizmus DNR replikacijai ir genų ekspresijai, o daug jų baltymų funkcijos lieka neišaiškintos.

Evoliucinė reikšmė ir mokslinė diskusija

Didelis unikalių genų skaičius paskatino ginčus apie pandoravirusų kilmę. Kai kurie tyrėjai pasiūlė idėją apie „ketvirtąją sritį“ (domain), atskirą nuo bakterijų, archėjų ir eukariotų, nes dalis pandoravirusų genų neturėjo aiškių homologų. Tačiau dominuojanti nuomonė šiame klausime yra atsargesnė: virusai dažnai kaupiasi genų pernešimu iš įvairių šaltinių, rekombinacijomis ir greitu evoliuciniu pokyčiu, todėl vien tik didelis genų skaičius nėra pakankamas pagrindas skelbti naują evoliucinę sritį. Vis dėlto pandoravirusai aiškiai išplečia virusų įvairovės supratimą ir verčia permąstyti ribas tarp gyvų ir negyvų biologinių sistemų.

Tyrimo metodai ir iššūkiai

Pandoravirusų tyrimuose naudojami:

• Elektroninė mikroskopija — virionų morfologijai ir replikacijos stadijoms vizualizuoti.
• Viso genomo sekoskaita ir bioinformatika — genomo sudėčiai, genų funkcijų prognozei ir evoliucinei analizei.
• Metagenominės analizės — norint atrasti panašius didelius virusus natūrinėse bendrijose.

Pagrindinis iššūkis — daug genų funkcijos nepatenka į žinomas kategorijas, tad laboratoriniai eksperimentai (baltymų expressija, struktūrinės ir funkcinės analizės) reikalingi siekiant suprasti, ką šie genai daro.

Ar pavojingi žmonėms?

Iki šiol nėra įrodymų, kad pandoravirusai keltų pavojų žmonių sveikatai ar galėtų užkrėsti žmogaus ląsteles. Jie specializuoti ameboms. Tyrimai atliekami griežtai kontroliuojamomis sąlygomis, ir mokslinė bendruomenė stebi tokių milžiniškų virusų savybes dėl teorinės ir praktikinių reikšmių (pvz., virusų evoliucijos, genų mainų ir biotechnologinių potencialų).

Svarbiausi faktai trumpai

• Didžiausias virusų genomas: iki ~2,5 Mb.
• Neįprasta morfologija: amforos/pailga forma, be klasikinės kapsidės.
• Daugybė unikalių genų: ~90 % genų neturi žinomų homologų.
• Šeimininkai: amebos (pvz., Acanthamoeba).
• Pavojus žmonėms: kol kas nenustatytas.

Pandoravirusai yra vienas iš pavyzdžių, kaip naujos technologijos (genomų sekoskaita, metagenomika, pažangios mikroskopijos metodikos) atveria netikėtų biologinių formų ir reiškinių pasaulį, verčia pergalvoti klasikines ribas tarp virusų ir ląstelių bei plečia mūsų supratimą apie molekulinę įvairovę gamtoje.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra pandoravirusas?

K: Kokio dydžio yra Pandoravirus genomas?

K: Kokio tipo ląsteles užkrečia Pandoravirusas?

K: Kuo Pandoraviruso genomas skiriasi nuo kitų didelių virusų?

K: Kokia dalis Pandoraviruso genų nėra žinoma iš kitų mikrobų?

K: Kokiai "ketvirtajai sričiai", kuriai, kai kurių mokslininkų nuomone, priklauso Pandoravirusas, siūloma priskirti?

K: Ar virusai priskiriami trims gyvybės sritims?

Paieška pagal raidę