Naujai atrasti dideli fagai išblukina gyvenimo ir ne gyvybės ribą

Žurnale paskelbtas naujas tyrimas Gamta rodo, kad pažodžiui yra šimtai virusų, pakankamai didelių bakterijoms sunaudoti, ir pasižyminčios savybėmis, būdingomis gyvam organizmui, o ne negyvomis savaime besidauginančiomis DNR/RNR pakuotėmis, kuriomis dažnai laikomi virusai.

Šie virusai vadinami bakteriofagais - pažodžiui, valgo bakterijas - trumpai fagus. Nors fagai egzistuoja ilgą laiką, šie nauji fagai stebina savo dydžiu ir biologiškai sudėtingomis sistemomis. Daugelis jų genų dažniausiai randami bakterijose ir yra naudojami užpulti bakterijas šeimininkes.

Procesas

Kur mokslininkai rado šiuos retus didžiulius fagus? Jie apžvelgė didžiulę DNR sekų duomenų bazę, gautą iš plačios ir įvairios aplinkos aplinkoje. Šios beveik 30 mikrobiomų apėmė spektrą iš karšto šaltinio Tibete, per bioreaktorius Pietų Afrikoje, į moters žarnyną, nešiojančią kūdikį įsčiose. Kitos vietos apima požemines skyles, vandenynai, ežerai, ir neišnešioto kūdikio žarnynas.

Tyrėja Jill Banfield tai daro daugiau nei pusantro dešimtmečio. Ji nustato visų DNR bitų sekas bet kuriame mėginyje, kurį ji gauna iš vietos žemėje. Tada ji sujungia dėlionės dalis, kad gautų genominę seką.

Daugeliu atvejų, ji gauna genomo juodraštį, tačiau buvo patvirtinta, kad keli yra visiškai naujų mikrobų genomai. Kai kuriuos iš šių mikrobų reguliuoja nedideli genomai, iš tikrųjų, atrodo nepajėgus savarankiškai išlaikyti gyvenimo, ir yra visiškai priklausomi nuo kitų gyvybės formų, būtent, archajos ir bakterijos.

Didelio genomo fagai

Prieš metus ji pranešė apie didelių fagų radimą, kurį ji pavadino Lako fagais, žmogaus žarnyne ir burnoje. Šie fagai valgo bakterijas seilėse ir žarnyne.

Naujajame laikraštyje, ji praneša apie daugiau nei 350 labai didelių fagų su genomais, kurie yra 200 ilgių, 000 bazių, keturis kartus didesnė nei vidutinė genetinė bet kurio iki šiol žinomo bakteriofago seka (50 kb). Banfield komentarai, „Mes tiriame Žemės mikrobiomas, ir kartais atsitinka netikėtų dalykų “.

Didžiausias iki šiol suskirstytas genomas apima nuostabų 735, 000 bazinių porų, kuris yra maždaug 15 kartų didesnis už vidutinį fagų genomą, ir iš tikrųjų, žymiai didesnis nei daugelis bakterijų genomų. Tačiau jų gali būti ir daugiau, nes iki šiol jie sekvenavo tik 175 iš šių didelių fagų.

Didžiųjų fagų (raudonos, kairėje) ir normalūs fagai, užkrečiantys bakterijų ląsteles. Didysis fagas suleidžia savo DNR į ląstelę šeimininkę, kur Cas baltymai - CRISPR imuninės sistemos dalis, paprastai randama tik bakterijose ir archeose - manipuliuoja ląstelės šeimininkės reakcija į kitus virusus. UC Berkeley komanda dar nefotografavo jokių didelių fagų, todėl visi vaizduojami panašūs į labiausiai paplitusį fagų tipą, T4. Vaizdo kreditas:UC Berkeley vaizdas mandagiai Jill Banfield laboratorijoje

Fagų klyksmas

Šie dideli fagai buvo suskirstyti į dešimt klasių ar grupių. Kiekvienas iš jų buvo pavadintas „dideliu fagu“, nors ir naudotas skirtingomis kalbomis, arba skirtingi žodžiai ta pačia kalba. Kalbos yra tos, kurios yra tyrėjų kilmės šalyje. Taigi yra Mahaphage klade, „Biggiephage“, Judaphagas, „Kaempephage“, Dakhmphage, Jabbarphage ir Kabirphage, taip pat enormefagas, Kvapas, ir Kyodaiphage clade - sanskrito kalba, Australijos anglų, Kinų, Danas, Arabų (trys kiti), Prancūzų kalba, Amerikos anglų, ir japonai!

Bakteriniai ginklai virusuose?

Šių fagų bakterijų genuose yra keletas CRISPR elementų, genų redagavimo baltymų kodavimo segmentai, kuriuos bakterijos naudoja, kad pasipriešintų virusų atakoms. Mokslininkai mano, kad šie elementai turėtų tapti priimančiosios CRISPR sistemos dalimi, suteikia bakterijoms galimybę atsispirti kitiems virusams, kad šie dideli fagai galėtų nepertraukiamai mėgautis maistu. Kitas tyrėjas, Basemas Al-Shayebas, paaiškina, kad šie fagai naudoja šią sistemą savo naudai, „skatinti karą tarp šių virusų“.

Kitas žavus vieno iš šių naujų fagų elementas yra baltymas, kuris atlieka tą patį vaidmenį kaip ir Cas-9 baltymas, neatskiriama plačiai naudojamo CRISPR-Cas9 genų redagavimo įrankio dalis, kurią pirmą kartą pristatė Doudna ir Charpentier. Šis naujas baltymas buvo pavadintas CasØ - raidė Ø, arba phi (graikų kalba), yra fago simbolis. Tai yra „Cas-12“ šeimos dalis, tačiau šie fagai taip pat turi kitų bakterinių CRISPR elementų, tokių kaip Cas-9, „Cas-X“, ir Cas-Y baltymai.

Kai kurie iš šių fagų taip pat turi labai didelius CRISPR masyvus. Tai reiškia masyvų, sudarytų iš virusinių DNR fragmentų, buvimą, atminties masyvus, kurie leidžia greitai atpažinti bet kurio iš šių virusų pakartotinę ataką. Ši, savo ruožtu, sukelia momentines Cas reakcijas, įgalinantį konkretų šių virusų taikymą.

Gyvenimas ar ne gyvybė?

Kitas stulbinantis atradimas buvo genų, koduojančių ribosominius baltymus, atsiradimas. Ribosoma yra ląstelių organelė, kuri skaito mRNR ir naudoja ją specifiniams baltymams gaminti. Tai vienas iš pirmųjų virusų ribosomų genų atsiradimo atvejų.

Jie taip pat rado genų, koduojančių perduoti RNR, kurios yra molekulės, kurios paima tinkamas aminorūgštis, kurias reikia įtraukti į baltymų seką. Yra tRNR reguliuojantys genai, genai, kurie įjungia baltymų sintezės procesą, ir net keli ribosominiai segmentai. Šie genai randami tik gyvybės formose, nes jie yra susiję su baltymų komponentų gamyba - kitaip nei bet kuris kitas virusas, ir tai yra gebėjimas, apibūdinantis gyvenimą.

Tyrėjas Rohanas Sachdeva sako, kad tai „viena iš pagrindinių bruožų, skiriančių virusus ir bakterijas, ne gyvybę ir gyvenimą. "Jis tai vadina„ šiek tiek neryškiu linija ".

Kodėl yra šie genai? Mokslininkai mano, kad jie gali būti naudojami ribosomoms užgrobti, kad pradėtų dauginti virusinius, o ne šeimininkus bakterijų baltymus. Papildoma išvada yra alternatyvių genetinių kodų buvimas, arba daugiau nei vieno genetinio kodo naudojimas ta pačiai aminorūgščiai žymėti. Ši savybė gali išstumti bakterinę ribosomą ir suklaidinti ją, kad ji iššifruotų viruso RNR, o ne paties šeimininko RNR.

Pasekmės

Naujų kovai tarp bakterijų ir virusų naudojamų priemonių atradimas suteikia daug galimybių rasti naujų genų redagavimo įrankių. Daugelis naujų genų dar turi būti ištirti dėl jų funkcijų, ir gali būti, kad šie nauji baltymai bus naudingi įvairiose pramonės srityse, medicinos mokslai, arba žemės ūkyje.

Yra pavojų, taip pat. Virusai perduoda genus iš vienos bakterijos į kitą - kai kurie iš jų gali būti atsakingi už atsparumą antibiotikams arba virulentiškumą (gebėjimą sukelti ligas). Ši naujai atrastų fagų savybė gali reikšti, kad yra rizika perkelti kai kuriuos iš šių kenksmingų genų į žmogaus mikrobiomą, nes fagai atsiranda kartu su bakterijomis.

Kadangi šių didelių fagų nešamų genų skaičius yra žymiai didesnis nei paprastų fagų, jie turi daugiau galimybių judėti aplink genus, kurie gali sužeisti kitas ląsteles. Savo ruožtu, tai padidina riziką, kad kai kuriuos iš šių genų įgis genai žmogaus aplinkoje.

Išvada

Iš viso, tyrinėtojus žavi fagų, turinčių didžiulius genomus, buvimas įvairiose mikrobiomose visoje žemėje. Santykis tarp šių didelių fagų aiškinamas taip, kad jie kilę iš senovės didelio genomo virusų šeimos.

Sako Banfieldas, "Didelių genomų turėjimas yra viena sėkmingų egzistavimo strategijų. Šie bakterijų virusai yra biologijos dalis, atkartojančių subjektų, apie kurį žinome labai mažai “.

Pakankamai tiesa. Šie fagai yra tokio dydžio, kad gali tilpti į tarpą tarp archejų (ankstyviausių bakterijų giminaičių), ir įprasti fagai, kurie atrodo kaip negyvi daiktai. Banfieldas jas apibūdina kaip „sėkmingas egzistavimo strategijas, kurios yra hibridai tarp tradicinių virusų ir tradicinių gyvų organizmų“.

• Neįprastai didelis,
• Dermos odos sluoksnio mikrobiomas yra vienodas, nepriklausomai nuo amžiaus ir lyties