Virus deler gener med organismer på tværs af livets træ

En ny undersøgelse viser, at vira deler nogle gener udelukkende med celler, der ikke er deres værter. Studiet, rapporteret i journalen Grænser i mikrobiologi , tilføjer beviserne for, at vira bytter gener med en række forskellige cellulære organismer og er agenter for mangfoldighed, siger forskere.

Undersøgelsen så på proteinstrukturer i vira og på tværs af alle superriger, eller domæner, af livet:fra de encellede mikrober kendt som bakterier og arkæer, til eukaryoter, en gruppe, der omfatter dyr, planter, svampe og alt andet levende.

"Det er typisk at definere vira i forhold til deres værter, men denne praksis begrænser vores forståelse af virus-celle-interaktioner, " sagde University of Illinois og COMSATS Institute of Information Technology-forsker Arshan Nasir, der ledede den nye forskning med Gustavo Caetano-Anolles, en professor i afgrødevidenskab og tilknyttet Carl R. Woese Institute for Genomic Biology ved U. of I., og Kyung Mo Kim, seniorforsker ved Korea Polar Research Institute, i Incheon, Sydkorea.

"Nyere forskning har afsløret, at organismer kan danne partnerskaber med andre organismer og leve i samfund. F.eks. mange bakterie- og arkæarter bor i og på den menneskelige krop og udgør den menneskelige mikrobiota, " sagde Nasir.

Virus, der inficerer arkæer og bakterier, for eksempel, er ikke kendt for at inficere eukarya. Imidlertid, de kan stadig interagere på ikke-skadelige måder med organismer, de ikke inficerer, sagde forskerne.

"Vi ønskede at undersøge genomerne af vira og cellulære organismer for at lede efter mulige spor af genoverførsel fra vira til celler, ud over, hvad vi allerede ved om virusinteraktioner med deres værter, " sagde Nasir.

Holdet brugte en bioinformatisk tilgang til at analysere genomerne af organismer og de vira, der inficerer dem. I stedet for at fokusere på genetiske sekvenser, som kan ændre sig gennem generationerne, holdet undersøgte de funktionelle komponenter i proteiner, som de kalder folder. Hver fold - og der er mere end 1, 400 af dem på tværs af alle livets domæner - har en unik 3-D struktur, der udfører en specifik operation. Fordi folder er afgørende for proteinfunktion, de forbliver stabile, selvom de sekvenser, der koder for dem, ændres som følge af mutationer eller andre processer, sagde forskerne.

"Dette gør proteinfoldninger til pålidelige markører for evolutionære ændringer over store tidsperioder, især for vira, der muterer notorisk hurtigt, " sagde Nasir.

Forskerne fandt hundredvis af folder, der er til stede i alle livets superriger og i alle typer vira, hvilket tyder på, at de kom fra en gammel forfader af alle livsformer, sagde Caetano-Anolles.

Nogle folder, imidlertid, forekommer kun inden for et enkelt superrige og de vira, der inficerer det, antyder kun en overførsel af genetisk materiale mellem denne gruppe af vira og deres værter. Ud af i alt omkring 2, 000 superfamilier af folder, holdet fandt en, der var eksklusiv for archaea og de vira, der inficerer archaea, 29 kun deles af bakterier og de vira, der inficerer dem, og 37, der er eksklusive for eukaryoter og deres vira.

Dataene peger også på andre, endnu ukendt, mekanismer, der tillader vira at udveksle genetisk materiale med celler, sagde forskerne.

"Vi opdagede mange virus-kendetegnende gener i cellulære organismer, som de vira ikke vides at inficere, " sagde Nasir. "Dette var især tydeligt for bakterielle vira og eukaryote organismer, muligvis på grund af det større antal måder, bakterier interagerer med eukarya på."

"Mens folk har en tendens til kun at tænke på vira, der inficerer og dræber deres værter, vi har vidst i årtier, at en virus nogle gange vil trænge ind i en celle og inkorporere sit genetiske materiale i cellen uden at dræbe den, " sagde Caetano-Anolles. I tilfælde af encellede organismer, disse gener bliver nogle gange videregivet til fremtidige generationer, han sagde.

Menneskets DNA, også, indeholder rester af vira.

"Nogle retroelementer og transposoner, for eksempel, menes at have sin oprindelse i gamle vira, " sagde Nasir. Retroelementer er sekvenser kopieret fra RNA-vira til DNA og indsat i genomerne af ikke-virale organismer. Transposoner, også kendt som "hoppende gener, "kan flytte fra en del af genomet til en anden.

"Hvis du har en enhed, der på et tidspunkt var en virus og blev optaget i genomet, som bliver en del af organismens molekylære arv, " sagde Caetano-Anolles.

Holdet opdagede også en stor delmængde af virusspecifikke proteinfoldninger, der ikke var til stede i nogen cellulære genomer.

"Dette tyder på, at vira kan skabe nye gener og, potentielt, overføre disse gener til cellulære organismer, " sagde Nasir.