Objav z Japonska môže prepísať učebnice: Obrovský vírus je ďalším dielikom skladačky pôvodu života
Vedci objavili nový obrovský DNA vírus z jazera Ushiku, ktorý môže pomôcť vysvetliť pôvod bunkového jadra. Hypotéza viral eukaryogenesis naznačuje, že vírusy mohli zohrávať kľúčovú úlohu pri vzniku zložitého života na Zemi.
Pôvod života na našej „modrej planéte“ je pre vedcov stále veľkou záhadou. Stále sa akoby bráni jednoznačnému odhaleniu. Vedci preto pracujú s viacerými teóriami. Niektoré sú seriózne a podložené dátami, iné pôsobia pre bežného čitateľa takmer ako sci-fi. Stále však ide len o hypotézy. Nemáme moment, pri ktorom by si veda mohla povedať, takto to bolo a bodka.
Vedcov už dlhší čas mätú aj vírusy. Dodnes totiž nie je úplne jasné, kam presne patria v takzvanom strome života. Nie sú to klasické bunky, nemajú vlastný metabolizmus a bez hostiteľa sa nedokážu rozmnožovať. Vírus je v podstate len genetická informácia, teda DNA alebo RNA, uzavretá v ochrannom obale. Často ich preto vnímame len ako parazitov, ktorí nám vo veľkej väčšine škodia. No čo ak ich úloha v histórii života bola omnoho zásadnejšia?
Pomerne nedávno sa výskumníkom z Japonska podarilo objaviť v prefektúre Ibaraki doposiaľ neznámy obrovský DNA vírus. Izolovali ho z jazera Ushiku. A práve tento objav opäť rozvíril diskusiu, ktorá je pre evolučnú biológiu mimoriadne citlivá. Naznačuje totiž, že vírusy nemuseli stáť len na okraji života, ale mohli zohrávať kľúčovú úlohu pri vzniku zložitejších buniek.
Sú vírusy spolutvorcami zložitého života na Zemi?
Nový vírus dostal meno ushikuvirus. Infikuje jednobunkové organizmy z rodu améb. Améby sú jednoduché mikroorganizmy, ktoré žijú vo vode alebo v pôde a patria medzi eukaryoty, teda organizmy s bunkovým jadrom. Práve to je v tomto príbehu dôležité.
Ushikuvirus patrí medzi takzvané obrie DNA vírusy. Označenie „obrie“ neznamená, že by boli viditeľné voľným okom, ale že majú mimoriadne veľký genetický materiál v porovnaní s bežnými vírusmi. Ich genetická výbava je natoľko rozsiahla, že sa v niektorých prípadoch približuje jednoduchým baktériám.
Neprehliadni
Zaujímavý je najmä spôsob, akým tento vírus zasahuje do jadra hostiteľskej bunky a mení jeho fungovanie.
A tu sa dostávame k podstate celej teórie.
Profesor Masaharu Takemura z Tokyo University of Science patrí medzi dlhoročných zástancov hypotézy nazývanej viral eukaryogenesis, po slovensky hypotéza vírusového pôvodu jadra eukaryotických buniek. Tú v roku 2001 nezávisle navrhol spolu s austrálskym vedcom Philipom Bellom. Podľa nej mohlo jadro eukaryotických buniek vzniknúť z veľkého DNA vírusu, podobného napríklad poxvírusom, ktorý kedysi infikoval primitívny archaeálny organizmus. Archaeálne organizmy sú veľmi staré jednobunkové mikroorganizmy, ktoré patria medzi najstaršie formy života na Zemi.
Scenár je odvážny, no biologicky zaujímavý. Vírus nemusel hostiteľa zničiť. Mohol sa stabilne usadiť v jeho cytoplazme, teda vo vnútornom prostredí bunky mimo jadra, postupne prevziať časť génov a transformovať sa na štruktúru, ktorú dnes poznáme ako bunkové jadro.
A práve bunkové jadro je jedným z hlavných rozdielov medzi jednoduchými bunkami a zložitými eukaryotickými organizmami. V jadre je uložená DNA oddelená od zvyšku bunky jadrovou membránou, čo umožňuje presnejšiu reguláciu génov a vyššiu komplexitu. Bez jadra by pravdepodobne neexistovali mnohobunkové organizmy, rastliny, zvieratá ani človek.
Ak by bol tento scenár správny, vírusy mohli stáť pri vzniku samotnej architektúry zložitého života.
Obrie vírusy vytvárajú v bunke štruktúry podobné jadru
Objav obrovských DNA vírusov pred rokmi priniesol do tejto diskusie nový rozmer. Keď tieto vírusy infikujú bunku, dokážu si v nej vytvoriť takzvané vírusové továrne. Ide o štruktúry, v ktorých prebieha rozmnožovanie vírusovej DNA. Odborne sa tento proces nazýva replikácia, teda kopírovanie genetickej informácie.
Niektoré z týchto vírusových tovární sú obklopené membránou a funkčne pripomínajú primitívnu verziu bunkového jadra. Práve táto podobnosť posilnila hypotézu, že vírusy a bunkové jadro môžu mať spoločný evolučný príbeh.
Ushikuvirus do tejto skladačky zapadá zaujímavým spôsobom. Z hľadiska štruktúry je príbuzný medusavírusu, ktorý má typický dvadsaťstenný tvar. Takýto tvar sa odborne označuje ako ikosaedrický. Povrch vírusu tvorí kapsida, teda bielkovinový obal, ktorý chráni jeho genetický materiál. Práve kapsida je často vybavená rôznymi výbežkami, ktoré pomáhajú vírusu prichytiť sa na bunku.
Nový vírus sa však správa odlišne. Pri infikovaní spôsobuje, že napadnuté bunky výrazne zväčšia svoj objem. Jeho kapsida obsahuje špecifické výbežky zakončené „čiapočkami“, niekedy s vláknitými predĺženiami, ktoré sa u iných vírusov tejto skupiny nevyskytujú.
Ešte zásadnejší je rozdiel v replikačnej stratégii. Niektoré príbuzné vírusy sa rozmnožujú vo vnútri neporušeného jadra hostiteľa. Ushikuvirus však počas replikácie narúša jadrovú membránu a nové vírusové častice vznikajú v cytoplazme. Vírusová častica je kompletná „balená“ forma vírusu pripravená infikovať ďalšiu bunku.
Tento rozdiel môže predstavovať evolučný medzičlánok medzi vírusmi, ktoré jadro využívajú, a tými, ktoré ho rozkladajú. Vedci sa domnievajú, že takéto rozdielne stratégie môžu odrážať dávne evolučné experimenty, počas ktorých sa vírusy prispôsobovali rôznym hostiteľom a prostrediam.
Objav je len malou časťou veľkej skladačky
Najnovší objav ushikuvirusu sám o sebe nevysvetľuje pôvod života. Predstavuje však ďalší dielik do rozsiahlej skladačky o tom, ako sa mohli vyvinúť eukaryotické bunky a akú úlohu v tom mohli zohrať obrie DNA vírusy.
Okrem evolučného významu má tento výskum aj potenciálny medicínsky presah. Niektoré druhy améb, ako Acanthamoeba, môžu u ľudí spôsobovať vážne ochorenia vrátane amébovej encefalitídy. Lepšie pochopenie toho, ako gigantické vírusy tieto organizmy napádajú a ničia, by mohlo v budúcnosti prispieť k vývoju nových preventívnych alebo terapeutických prístupov.
Vírusy tak možno neboli len slepou vývojovou vetvou. Mohli sa aktívne podieľať na tom, ako dnes bunky fungujú. A to je myšlienka, ktorá mení pohľad na ich miesto v príbehu života.
