Az újonnan felfedezett nagy fágok elhomályosítják az élet/nem élet határát

Új tanulmány jelent meg a folyóiratban Természet azt mutatja, hogy szó szerint több száz olyan vírus van, amely elég nagy ahhoz, hogy elpusztítsa a baktériumokat, és olyan tulajdonságokkal, amelyek az élő szervezetre jellemzőek, nem pedig a nem élő, önmagukban replikálódó DNS/RNS-csomagok, amelyekről gyakran feltételezik a vírusokat.

Ezeket a vírusokat bakteriofágoknak nevezik - szó szerint a baktériumok - és röviden a fágok - fogyasztói. Míg a fágok már régóta léteznek, ezek az új fágok megdöbbentőek méretüket és biológiailag összetett rendszereiket tekintve. Sok génjük általában baktériumokban található, és a gazdabaktériumok megtámadására szolgálnak.

A folyamat

Hol találták a tudósok ezeket a ritka hatalmas fágokat? A DNS -szekvenciák hatalmas adatbázisát tanulmányozták a földi környezetek széles és változatos köréből. Ez a majdnem 30 mikrobióma kiterjedt a spektrumra egy tibeti forró forrásból, bioreaktorokon keresztül Dél -Afrikában, a méhében csecsemőt hordozó nő beleknek. Más helyszínek közé tartoznak a föld alatti lyukak, óceánok, tavak, és a koraszülött bél.

Jill Banfield kutató több mint másfél évtizede ezt teszi. Kidolgozza a DNS -bitek szekvenciáit minden olyan mintában, amelyet egy földi helyről kap. Ezután összerakja a puzzle -darabokat, hogy megkapja a genomi szekvenciát.

A legtöbb esetben, megkapja a genom vázlatát, de néhány megerősítést nyert, hogy teljesen új mikrobák genomjai. Ezen mikrobák egy részét apró genomok szabályozzák, valóban, képtelenek önálló életet fenntartani, és ehelyett teljesen függnek más életformáktól, ugyanis, archaea és baktériumok.

Nagy genomú fágok

Egy éve jelentette be, hogy nagy fágokat talált, amit Lak -fágoknak nevezett, az emberi bélben és szájban. Ezek a fágok baktériumokat esznek a nyálban és a bélben.

Az új lapban, beszámol arról, hogy több mint 350 nagyon nagy fágot izoláltak genomokkal, 200 hosszúságban, 000 bázis, négyszer nagyobb, mint az eddig ismert bakteriofágok átlagos genetikai szekvenciája (50 kb). Banfield megjegyzései, "Felfedezzük a Föld mikrobiómait, és néha váratlan dolgok is kiderülnek. "

Az eddigi legnagyobb szekvenált genom megdöbbentő 735 000 bázispár, amely körülbelül 15 -ször akkora, mint az átlagos fággenom, és valójában, jelentősen nagyobb, mint sok bakteriális genom. De lehetnek még nagyobbak is, mivel eddig csak 175 ilyen nagy fágot szekvenáltak.

Hatalmas fágok ábrázolása (piros, balra) és a normál fágok, amelyek megfertőznek egy baktériumsejtet. A hatalmas fág befecskendezi DNS -ét a gazdasejtbe, ahol a Cas fehérjék - a CRISPR immunrendszer része, amelyek tipikusan csak baktériumokban és archeákban találhatók - manipulálják a gazdasejt más vírusokra adott válaszát. Az UC Berkeley csapata még nem fotózott hatalmas fágokat, így mindegyik a leggyakoribb fág típusra hasonlít, T4. Kép jóváírása:UC Berkeley kép Jill Banfield laboratórium jóvoltából

Fágok zúgása

Ezeket a nagy fágokat tíz kládba vagy csoportba sorolták. Mindegyiket "nagy fág" -nak nevezték el, bár különböző nyelveket használtak, vagy ugyanazon a nyelven különböző szavakat. A nyelvek a kutatók származási országának nyelvei. Így van egy Mahaphage klád, egy Biggiephage, egy Judaphage, egy Kaempephage, egy Dakhmphage, Jabbarphage és Kabirphage, valamint egy Enormephage, Hoppá, és Kyodaiphage clade - szanszkritul, Ausztrál angol, Kínai, Dán, Arab (a következő három), Francia, Amerikai angol, és japán!

Bakteriális fegyverek a vírusokban?

Az ezekben a fágokban található bakteriális gének tartalmaznak néhány CRISPR elemet, génszerkesztő fehérjét kódoló szegmensek, amelyeket a baktériumok használnak, hogy ellenálljanak a vírusos támadásoknak. A tudósok úgy vélik, hogy ezek az elemek a gazda CRISPR rendszerének részévé válnak, felhatalmazza a baktériumokat, hogy ellenálljanak más vírusoknak, hogy ezek a nagy fágok megszakítás nélkül élvezhessék étkezésüket. Egy másik kutató, Basem Al-Shayeb, elmagyarázza, hogy ezek a fágok saját érdekében használják ezt a rendszert, "hogy elősegítsék a háborúkat e vírusok között."

Ezen új fágok egyik lenyűgöző eleme egy olyan fehérje, amely ugyanolyan szerepet játszik, mint a Cas-9 fehérje, a széles körben használt CRISPR-Cas9 génszerkesztő eszköz szerves része, amelyet először Doudna és Charpentier mutatott be. Ezt az új fehérjét CasØ -nak hívták - Ø betű, vagy phi (görögül), a fág szimbóluma. Ez a Cas-12 család része, de ezek a fágok más bakteriális CRISPR elemeket is tartalmaznak, mint például a Cas-9, Cas-X, és Cas-Y fehérjék.

Ezen fágok némelyike ​​nagyon nagy CRISPR tömbökkel is rendelkezik. Ez a virális DNS -fragmensekből álló tömbök jelenlétére utal, memória tömbök, amelyek lehetővé teszik e vírusok bármelyikének ismételt támadásának gyors felismerését. Ez, viszont, azonnali Cas reakciókat vált ki, lehetővé teszi e vírusok specifikus célzását.

Élet vagy nem élet?

Egy másik megdöbbentő megállapítás a riboszómális fehérjéket kódoló gének előfordulása volt. A riboszóma az a sejtszervecske, amely leolvassa az mRNS -t, és specifikus fehérjék előállítására használja fel. Ez a riboszómális gének első előfordulása a vírusokban.

Találtak olyan géneket is, amelyek kódolják az RNS -ek átvitelét, melyek azok a molekulák, amelyek felveszik a fehérjeszekvenciába beépítendő megfelelő aminosavakat. Vannak szabályozó gének a tRNS -ek számára, gének, amelyek bekapcsolják a fehérjeszintézis folyamatát, és még néhány riboszómás szegmens is. Ezek a gének csak az életformákban találhatók meg, mivel a fehérjekomponensek előállításához kapcsolódnak - ami más, mint bármely más vírus, és amely életképes képesség.

Rohan Sachdeva nyomozó szerint "ez az egyik legfontosabb jellemző, amely elválasztja a vírusokat és a baktériumokat, a nem életet és az életet. "Ezt" a vonal kissé elmosásának "nevezi.

Miért vannak ezek a gének? A kutatók úgy gondolják, hogy ezek felhasználhatók a riboszómák eltérítésére, hogy elkezdjék a vírus replikálását, nem pedig a gazdaszervezeti baktériumfehérjéket. További megállapítás az alternatív genetikai kódok jelenléte, vagy egynél több genetikai kód használata ugyanazon aminosav jelölésére. Ez a tulajdonság a bakteriális riboszómát elvetheti a pályáról, és becsaphatja a vírus RNS dekódolására, nem pedig a gazda saját RNS -ébe.

Következmények

A baktériumok és vírusok elleni küzdelemben használt új eszközök felfedezése sok lehetőséget kínál új génszerkesztő eszközök megtalálására. Az új gének közül sok még feltárásra vár funkciójuk miatt, és könnyen lehet, hogy ezek az új fehérjék hasznosak lesznek az ipar különböző alkalmazásaiban, az orvostudományok, vagy a mezőgazdaságban.

Vannak veszélyek, is. A vírusok géneket vihetnek át egyik baktériumról a másikra - némelyikük felelős lehet az antibiotikum -rezisztenciáért vagy a virulenciáért (a betegség okozó képességért). Az újonnan felfedezett fágok ezen tulajdonsága azt jelentheti, hogy fennáll a veszélye annak, hogy ezen káros gének egy része átkerül az emberi mikrobiómába, mivel a fágok a baktériumok mellett fordulnak elő.

Mivel e nagy fágok által hordozott gének száma jelentősen magasabb, mint a közönséges fágoké, nagyobb képességük van arra, hogy olyan génekben mozogjanak, amelyek más sejteket károsíthatnak. Viszont, ez növeli annak kockázatát, hogy ezen gének egy részét az emberi környezetben lévő gének megszerezik.

Következtetés

Teljesen, a kutatókat lenyűgözi a hatalmas genomú fágok jelenléte a világ különböző mikrobiomjaiban. E nagy fágok közötti kapcsolatot úgy értelmezik, hogy a nagy genomú vírusok ősi családjából származnak.

Azt mondja Banfield, "A nagy genomok birtoklása a sikeres létezés egyik stratégiája. Ezek a baktériumvírusok a biológia részét képezik, replikáló entitásokról, amiről nagyon keveset tudunk. "

Eléggé igaz. Ezek a fágok olyan méretűek, hogy illeszkednek valahol az archaea (a baktériumok legkorábbi rokonai) közötti résbe, és a hétköznapi fágok, amelyek nem élőlényeknek tűnnek. Banfield úgy írja le őket, mint "sikeres létezési stratégiákat, amelyek hibridek a hagyományos vírusok és a hagyományos élő szervezetek között".

• Szokatlanul nagy,
• A dermis bőrrétegében a mikrobiom azonos, kortól és nemtől függetlenül