O mistério da origem dos vírus

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Os vírus quase não estão vivos. No entanto, sua origem e evolução são ainda menos compreendidas do que o surgimento de organismos celulares "normais". Ainda não se sabe quem apareceu mais cedo, as primeiras células ou os primeiros vírus. Talvez eles tenham sempre acompanhada vida, como uma sombra desastroso.

O problema é que os vírus são nada mais do que fragmentos do genoma (ADN ou ARN) fechados em uma camada de proteína. Eles não deixam vestígios no registro fóssil, e tudo o que resta para estudar seu passado é vírus modernos e seus genomas.

Comparando, encontrar semelhanças e diferenças, os biólogos descobrir ligações evolutivas entre diferentes vírus, determinar suas características mais antigos. Infelizmente, os vírus são extraordinariamente variáveis e variados. Basta lembrar que seus genomas podem ser representadas por cadeias de não apenas DNA (como em nosso país e, por exemplo, herpes vírus), mas também uma molécula de RNA relacionados (como em coronavírus).

A molécula de ADN / ARN em vírus pode ser única ou segmentados em partes, lineares (adenovírus) ou poliomavírus (circulares), de cadeia simples (anelloviruses) ou de cadeia dupla (baculovírus).

Vírus Influenza A / H1N1 de ciências visuais

As estruturas de partículas virais, as peculiaridades do seu ciclo de vida e outras características, o que poderia ser utilizado para comparação vulgar, não são menos diversa. Você pode ler mais sobre como os cientistas contornar essas dificuldades bem no final deste post. Por enquanto, vamos lembrar o que todos os vírus têm em comum: são todos parasitas. Nem um único vírus é conhecido que poderia realizar o metabolismo por conta própria, sem utilizar os mecanismos bioquímicos da célula hospedeira.

Nenhum vírus contém ribossomas que podem sintetizar proteínas, e não se carrega sistemas que permitem a produção de energia na forma de moléculas de ATP. Tudo isso torna obrigatório, isto é, incondicionais parasitas intracelulares: eles são incapazes de existir por conta própria.

Não é de surpreender que, de acordo com um dos primeiros e mais conhecidos hipóteses, as células apareceu pela primeira vez, e só então todo o mundo viral diversificada desenvolvido neste solo.

Regressivamente. Do complexo ao simples

Vamos dar uma olhada na riquétsia - também parasitas intracelulares, embora sejam bactérias. Além disso, algumas partes do seu genoma estão perto de ADN, o qual está contido na mitocôndria de células eucarióticas, incluindo os seres humanos. Aparentemente, ambos tinham um ancestral comum, mas o fundador da "linha de mitocôndrias," infectar a célula, não matá-lo, mas foi acidentalmente preservado no citoplasma.

Como resultado, os descendentes desta bactéria perdeu uma massa de genes mais desnecessários e degradado a organelas celulares que fornecem os anfitriões com moléculas de ATP, em troca de tudo o resto. A hipótese "regressiva" da origem dos vírus acredita que tal degradação poderia ter acontecido com seus ancestrais: uma vez que organismos celulares totalmente desenvolvidos e independentes, ao longo de bilhões de anos de vida parasitária, eles simplesmente perderam tudo o que era supérfluo.

Esta ideia antiga foi revivida pela recente descoberta do vírus gigantes como pandoraviruses ou mimiviruses. Eles não são apenas muito grande (o diâmetro das partículas dos Mimivírus atinge 750 nm - para comparação, o tamanho do vírus da gripe é de 80 nm), mas eles também transportar um genoma extremamente longa (1,2 milhões de ligações de nucleótidos em Mimivírus contra várias centenas em vírus comuns), codificando muitas centenas de proteínas.

Entre elas há também as proteínas necessárias para copiar e "reparar" (reparação) de ADN, para a produção de RNA mensageiro e de proteínas.

Esses parasitas são muito menos dependentes de seus hospedeiros e sua origem em ancestrais de vida livre parece muito mais convincente. No entanto, muitos especialistas acreditam que isso não resolve o problema principal - todos os genes "adicionais" poderiam aparecer de vírus gigantes mais tarde, emprestados dos proprietários.

Afinal, é difícil imaginar uma degradação parasitária que pudesse ir tão longe e afetar até mesmo a forma do portador do código genético e levar ao surgimento de vírus RNA. Não é surpreendente que outra hipótese sobre a origem dos vírus seja igualmente respeitada - completamente o oposto.

Progressivo. Do simples ao complexo

Vamos dar uma olhada nos retrovírus, cujo genoma é uma molécula de RNA de fita simples (por exemplo, HIV). Uma vez na célula hospedeira, esses vírus usam uma enzima especial, a transcriptase reversa, convertendo-a em DNA duplo comum, que então penetra no "Santo dos Santos" da célula - no núcleo.

É aqui que outra proteína viral, a integrase, entra em ação e insere os genes virais no DNA do hospedeiro. Então, as próprias enzimas da célula começam a trabalhar com eles: elas produzem novo RNA, sintetizam proteínas com base em suas bases, etc.

Ciências visuaisVírus da imunodeficiência humana (HIV)

Esse mecanismo se assemelha à reprodução de elementos genéticos móveis - fragmentos de DNA que não carregam as informações de que precisamos, mas são armazenados e acumulados em nosso genoma. Alguns deles, retrotransposons, são até capazes de se multiplicar nele, espalhando-se com novas cópias (mais de 40% do DNA humano consiste em tais elementos "lixo").

Para isso, eles podem conter fragmentos que codificam ambas as enzimas-chave - transcriptase reversa e integrase. Na verdade, trata-se de retrovírus quase prontos, desprovidos apenas de uma capa protéica. Mas sua aquisição é questão de tempo.

Incorporando no genoma aqui e ali, os elementos genéticos móveis são perfeitamente capazes de capturar novos genes do hospedeiro. Alguns deles podem ser adequados para a formação de capsídeo. Muitas proteínas tendem a se automontar em estruturas mais complexas. Por exemplo, a proteína ARC, que desempenha um papel importante no funcionamento dos neurônios, se dobra espontaneamente na forma livre em partículas semelhantes a vírus que podem até carregar RNA para dentro. Supõe-se que a incorporação dessas proteínas poderia ocorrer cerca de 20 vezes, dando origem a grandes grupos modernos de vírus que diferem na estrutura de seu envelope.

Paralelo. Sombra de vida

No entanto, a hipótese mais jovem e promissora vira tudo de cabeça para baixo novamente, supondo que os vírus tenham aparecido o mais tardar nas primeiras células. Há muito tempo, quando a vida ainda não tinha ido tão longe, a proto-evolução das moléculas autorreplicantes, capazes de se copiarem, procedia na "sopa primordial".

Gradualmente, esses sistemas se tornaram mais complexos, transformando-se em complexos moleculares cada vez maiores. E assim que alguns deles adquiriram a capacidade de sintetizar uma membrana e se tornaram protocélulas, outros - os ancestrais dos vírus - tornaram-se seus parasitas.

Isso aconteceu no início da vida, muito antes da separação das bactérias, arquéias e eucariotos. Portanto, seus (e muito diferentes) vírus infectam representantes de todos os três domínios do mundo vivo, e entre os vírus pode haver tantos outros contendo RNA: são os RNAs que são considerados moléculas "ancestrais", a autorreplicação e a evolução dos quais levou ao surgimento da vida.

Os primeiros vírus poderiam ser essas moléculas de RNA "agressivas", que só mais tarde adquiriram genes que codificam envelopes de proteínas. Na verdade, foi demonstrado que alguns tipos de conchas podem ter surgido antes mesmo do último ancestral comum de todos os organismos vivos (LUCA).

No entanto, a evolução dos vírus é uma área ainda mais confusa do que a evolução de todo o mundo dos organismos celulares. É muito provável que, à sua maneira, todas as três visões sobre sua origem sejam verdadeiras. Esses parasitas intracelulares são tão simples e ao mesmo tempo diversos que grupos diferentes podem aparecer independentemente uns dos outros, no curso de processos fundamentalmente diferentes.

Por exemplo, os mesmos vírus gigantes contendo DNA podem surgir como resultado da degradação de células ancestrais e alguns retrovírus contendo RNA - após "ganharem independência" por elementos genéticos móveis. Mas é possível que devamos o surgimento dessa ameaça eterna a um mecanismo completamente diferente, ainda não descoberto e desconhecido.

Genomas e genes. Como a evolução dos vírus é estudada

Infelizmente, os vírus são incrivelmente voláteis. Eles não têm sistemas para reparar danos ao DNA, e qualquer mutação permanece no genoma, sujeita a uma seleção posterior. Além disso, diferentes vírus que infectam a mesma célula trocam facilmente fragmentos de DNA (ou RNA), dando origem a novas formas recombinantes.

Por fim, a mudança geracional ocorre com uma rapidez incomum - por exemplo, o HIV tem um ciclo de vida de apenas 52 horas e está longe de ser o mais curto. Todos esses fatores fornecem a rápida variabilidade dos vírus, o que complica muito a análise direta de seus genomas.

Ao mesmo tempo, uma vez na célula, os vírus muitas vezes não iniciam seu programa parasita usual - alguns são projetados dessa forma, outros devido a uma falha acidental. Ao mesmo tempo, seu DNA (ou RNA, previamente convertido em DNA) pode se integrar aos cromossomos do hospedeiro e se esconder aqui, perdendo-se entre os diversos genes da própria célula. Às vezes, o genoma viral é reativado e, às vezes, permanece nessa forma latente, sendo transmitido de geração em geração.

Acredita-se que esses retrovírus endógenos representem até 5 a 8% do nosso genoma. Sua variabilidade não é mais tão grande - o DNA celular não muda tão rapidamente e o ciclo de vida dos organismos multicelulares chega a dezenas de anos, não horas. Portanto, os fragmentos armazenados em suas células são uma fonte valiosa de informações sobre o passado dos vírus.

Uma área separada e ainda mais jovem é a proteômica dos vírus - o estudo de suas proteínas. Afinal, qualquer gene é apenas um código para uma determinada molécula de proteína necessária para desempenhar certas funções. Alguns "se encaixam" como peças de Lego, dobrando o envelope viral, outros podem se ligar e estabilizar o RNA viral, e ainda outros podem ser usados para atacar as proteínas de uma célula infectada.

Os sítios ativos dessas proteínas são responsáveis por essas funções e sua estrutura pode ser muito conservadora. Ele retém grande estabilidade ao longo da evolução. Mesmo partes individuais dos genes podem mudar, mas a forma do local da proteína, a distribuição de cargas elétricas nele - tudo o que é crítico para o desempenho da função desejada - permanece quase o mesmo. Comparando-os, pode-se encontrar as conexões evolutivas mais distantes.