Bir hücrenin içinde, bir "viral fabrika" (merkezin solunda büyük dairesel bölme), ürettiği yeni virüs parçacıkları (daha küçük çok yüzlü nesneler) ile çevrilidir. Bazı virüsler, DNA'larını konakçıdan izole etmek için bu bölmelerin oluşumunu yönetir.
Hayvanlardan, bitkilerden, mantarlardan ve protozoadan alınan hücreler ne kadar farklı olursa olsun, hepsinin tek bir belirgin özelliği vardır: çekirdek. Enerji üreten mitokondri gibi başka organellere de sahipler, ancak bir çekirdeğin - genetik materyalle dolu iyi tanımlanmış gözenekli bir kese - varlığı, biyolog Édouard Chatton'a 1925'te ökaryotlar terimini kullanmak için ilham kaynağı oldu. "gerçek çekirdek" ile yaşayan canlılar. Geri kalan her şeyi prokaryotları ömür boyu "çekirdekten önce" olarak etiketledi. Çekirdekli ve çekirdeksiz yaşam arasındaki bu ikilik, biyolojinin temelini oluşturdu.
Çekirdeğin tam olarak nasıl evrildiğini ve bu bölünmeyi yarattığını kimse bilmiyor. Artan kanıtlar, bazı araştırmacıları, çekirdeğin mitokondri ürettiğine inanılana çok benzer bir simbiyotik ortaklık yoluyla ortaya çıkmış olabileceğine ikna etti. Bununla birlikte, önemli bir fark, çekirdekten sorumlu olan partnerin bir hücre değil, bir virüs olabileceğidir.
Maya biyoteknoloji şirketi MicroBioGen araştırma başkanı Philip Bell , "Biz [ökaryotlar] ortaya çıkan karmaşıklık dedikleri klasik bir durum," dedi . Bell, 2001 yılında ökaryotik çekirdek için viral bir köken önerdi ve Eylül ayında teoriyi yeniledi. "Yeni bir topluluk oluşturmak için bir araya gelen ve sonunda o kadar entegre olan üç organizma etkili bir şekilde yeni bir yaşam formu haline geldi."
Arkaeal hücrelerde çekirdek benzeri ve zara dayalı yapılar inşa eden arkeal virüslerin keşfi, çekirdeğin viral kökeninin en güçlü kanıtı olacaktır.
Masaharu Takemura, Tokyo Bilim Üniversitesi
O ve diğer araştırmacılar, dev virüslerin prokaryotik hücrelerin içinde "viral fabrikalar" - çekirdek gibi, transkripsiyon (gen okuma) ve çeviri (proteinlerin oluşturulması) süreçlerini birbirinden ayıran bölümler - inşa ettiklerinin gösterilmesi gibi bulgulardan güvenlerini alıyorlar . "Sanırım artık en güçlü model" dedi.
Ökaryotların kökenini inceleyen araştırmacıların çoğu ona katılmayabilir; Bazıları bunu hala bir fikir olarak tanımlıyor. Ancak viral köken savunucuları, son zamanlarda yapılan birkaç keşiflerin viral bir modelle uyumlu olduğuna dikkat çekiyorlar ve kendi lehlerine kesin kanıtların nihayet ulaşılabileceğine inanıyorlar.
Ökaryotik çekirdek için herhangi bir başlangıç öyküsü, birkaç özelliğini açıklamalıdır. Yeni başlayanlar için yapının doğası var: yuvalanmış iç ve dış zarları ve içini hücrenin geri kalanına bağlayan gözenekler. Ayrıca kendi içindeki genlerin ifadesini bölümlere ayırmasının ama proteinlerin yapısını dışarıda bırakmasının ilginç bir yolu da var. Ve gerçekten ikna edici bir köken öyküsü, çekirdeğin neden var olduğunu da açıklamalıdır - hangi evrimsel baskılar, bu eski hücreleri genomlarını duvarlara itti.
Geçtiğimiz yüzyılın çoğu ve daha fazlası için, çekirdeğin kökeni hakkındaki varsayımlar bu sorulardan en az birini yanıtlayamadı. Ancak 21. yüzyılın başında, iki araştırmacı bağımsız olarak çekirdekten virüslerin sorumlu olduğu fikrini ortaya attı.
Japonya'da, Masaharu Takemura (o zamanlar Nagoya Üniversitesi'nde araştırma görevlisi), evrimlerine ilgi duymaya başladığında, hücrelerin DNA'yı kopyalamak için kullandığı enzimler olan DNA polimerazlarının biyokimyasını inceliyordu. Şu anda Tokyo Bilim Üniversitesi'nde moleküler biyolog ve virolog olan Takemura, “Ökaryotik, bakteriyel, arkayal ve viral olanlar dahil olmak üzere DNA polimerazlarının filogenetik bir analizini gerçekleştirdim” dedi. Analizi, bir grup virüsün (poksvirüsler), ökaryotlardan elde edilen ana polimeraz sınıflarından birine şaşırtıcı bir şekilde benzer DNA polimerazlara sahip olduğunu ortaya çıkardı. Ökaryotik enzimin bazı eski poksvirüslerden bir katkı olarak ortaya çıktığını varsaydı.
Medusavirüs ile enfekte olmuş bir amipin floresan mikroskobu. Çekirdekteki viral DNA (pembe) kümeleri, amipin DNA'sından (mavi) ayrıdır.
Masaharu Takemura
Takemura, poksvirüslerin enfekte ettikleri hücrelerin içinde bölmeler yarattığını ve çoğaldığını da biliyordu. Bu gerçeklerin birleşimi, ökaryotik hücre çekirdeğinin bu atalara ait poksvirüs bölmelerinden birinden türetildiğini teorileştirmesine yol açtı - Mayıs 2001'de Journal of Molecular Evolution'da yayınladığı bir öneri .
Bu arada, Avustralya'da Bell, farklı nedenlerle benzer bir sonuca varmıştı. 1990'ların başında bir yüksek lisans öğrencisi olarak, çekirdeğin kökeni hakkındaki teorilere, özellikle de mitokondri gibi bunun bir endosymbiont olarak başlamış olabileceği fikrine ilgi duymuştu. "Beş dakika baktım ve gidiyorum, 'Tanrım, eğer endosymbiont ise, bakteriyel değil' 'diye hatırladı. Bakteriyel ve ökaryotik genomlar arasında çok fazla fark olduğunu hissetti, ökaryotların doğrusal kromozomlara sahipken bakterilerin dairesel kromozomlara sahip olma eğiliminde olduğu gerçeği gibi.
Ancak viral genomlara baktığında, poksvirüslerin genom yapısı ve ökaryotlar arasında çarpıcı benzerliklerle karşılaştı. “Modelin ilk versiyonunu yayınlamam dokuz yılımı aldı” dedi. Ardından, Journal of Molecular Evolution dergisinde yayınlanan makaleyi almak 18 ay ileri geri aldı … Takemura'nın makalesinden dört sayı sonra.
Forterre, Takemura ve Bell'in söylediği gibi, çekirdeğin kökeninden dev virüsler sorumlu.
Şimdi, yaklaşık 20 yıl sonra, hem Takemura hem de Bell, hipotezlerini bağımsız olarak güncellediler. Takemura'nın revizyonu 3 Eylül'de Frontiers in Microbiology'de , Bell's ise 20 Eylül'de Virus Research'te yayınlandı . Bell gülerek, Bana yine yaptı, dedi.
Her iki bilim insanı da olağanüstü bir "dev virüs" grubunu içeren son keşifleri, güncellemelerin ana nedenlerinden biri olarak gösterdi. Takemura ve Bell ilk hipotezlerini yayınladığında bu virüsler tamamen bilinmiyordu. 1 milyondan fazla baz çiftine sahip olan genomları, boyut olarak küçük, serbest yaşayan bakterilerin genomlarıyla rekabet eder ve hücrelerdeki temel işlemlerde yer alan proteinler için genlerin viral versiyonlarını taşır. (Bu proteinlerin birkaçının ökaryotik versiyonlarının bu virüslerden geldiğine dair bazı kanıtlar var.)
Ancak en önemlisi, bu dev virüsler , bir konakçı hücrenin sitoplazmasındaki kompleks, kendi kendine yapılan bölmeler içinde çoğalır , bu nedenle bu virüsler, poksvirüsler gibi, nükleositoplazmik büyük DNA virüsleri (NCLDV'ler) olarak sınıflandırılır. Paris'teki Pasteur Enstitüsü'nden evrimsel biyolog Patrick Forterre , bu dev virüsler için oluşturdukları bölmelerin “ökaryotik çekirdek kadar büyük viral fabrikalar” olduğunu söyledi . Ökaryotları enfekte eden NCLDV'ler tarafından yapılan viral fabrikaların da çekirdek gibi iç ve dış zarları var. Forterre , Takemura ve Bell'in söylediği gibi, çekirdeğin kökeninden dev virüsler sorumlu.
Forterre'ye göre çekirdeğin dev virüslerden gelmesinin iki olası yolu var. "Ya viral fabrikalar çekirdek haline geldi ya da proto-ökaryotik hücreler… kendilerini kromozomları korumak için bir tür viral fabrika yapmak için virüsten öğrendiler" dedi.
Takemura, ikincisinin daha muhtemel olduğunu düşünüyor: Hem bir arkenin genetik bir bariyer kurması için uyaran hem de onu inşa etmek için gereken bazı genlerin kaynağı olarak, bir virüs ökaryotik hücrelere daha çok kasıtsız bir katkıda bulunuyordu.
Onun hipotezine göre, uzun zaman önce, dev bir virüs, kendi genomunu ve aynı zamanda arkeon konağının genomunu da içine alan bir viral fabrika inşa etti. Ancak çoğu enfekte hücreden farklı olarak, bu konakçı virüsün bariyer oluşturma hilesini çalmayı başardı ve kendi genomunu virüse karşı koruyan kendi bölmesini inşa etti. Zamanla, bu yarı kalıcı bariyer, bildiğimiz şekliyle çekirdeğe dönüştü.
Samuel Velasco / Quanta Dergisi
Bell, bir viral fabrikanın doğrudan çekirdek haline geldiği versiyonu tercih ediyor, çünkü bu süreç, bugün prokaryotları enfekte eden virüslerin bilinen davranışlarını daha yakından yansıtıyor. "Daha çok Invasion of the Body Snatchers gibiler ," dedi.
Eski bir dev virüsün bir arkeonu enfekte ettiğine ve bir viral fabrika kurduğuna ancak konak hücresini öldürmediğine inanıyor. Bunun yerine, yapı etrafta kalmayı başardı. “Ve sonra bir gen hırsızı olan virüs, arkelerden genleri çaldı ve genomunu tamamen yok etti” diye açıkladı. Bu, virüslerde, özellikle de devlerde ortak bir temadır - genleri ana bilgisayarlarından alırlar, bu da onları ana bilgisayarlarına daha az bağımlı hale getirir. Bu, neden bu kadar çok mitokondriyal genin çekirdeğe taşındığını açıklamaya bile yardımcı olabilir: "Yıllar geçtikçe, mitokondriden genleri çalıyor ve onu kontrol etmeye başlıyor."
Yani bir bakıma, "virüs sadece arkeon hücresini bir pelerin olarak takıyor" dedi Bell. Ve eğer bu model doğruysa, "her insan hücresinin kalbinde bir virüs diyebilirsiniz" dedi.
Ek olarak, 2017'de araştırmacılar , bakteriyel bir konağın içinde viral bir fabrika inşa eden bir virüs keşfettiler . O zamana kadar, viral fabrikalar ökaryotları enfekte eden virüslere özel görünüyordu, bu yüzden bir prokaryotta bir tane bulmak, bir çekirdeğin oluşumunu başlatmak için uzun zaman önce benzer bir şeyin gerçekleşmiş olabileceği fikrini destekledi.
Bu virüs söz konusu olduğunda, "bu çekirdek benzeri yapı membran temelli değildir" dedi Takemura, bu da onu birçok viral fabrikadan ve ökaryotik çekirdekten farklı kılıyor. Yine de, prokaryotik hücrelerin içindeki genomu etrafında koruyucu bir "bölme" oluşturan bir virüsün bu örneğinin, "atalara ait ökaryotik hücrede ... virüsle aynı tür bölmelere ayırmanın gerçekleşmiş olabileceğini güçlü bir şekilde ileri sürdüğünü" hissediyor.
Bu mimivirüs, yalnızca birkaç yıl önce keşfedilen dev virüs sınıfından biridir.
JP Baudoin ve D Brahim Belhaouari, IHU Mediterranee Enfeksiyonu
Sadece bu yıl, araştırmacılar , hücre çekirdeklerinde bulunan gözenekleri ürkütücü bir şekilde anımsatan koronavirüslerin çift zara bağlı viral fabrikalarında gözenekleri tespit ettiler. Wisconsin Üniversitesi'nden evrimsel biyolog David A. Baum , "Bu sonuç geçerliyse ve gözenek oluşturan proteinin ökaryotik bir genomdan türetilmediğini varsayarsak, virüs modeline karşı bir argümanı köreltiyor," diye yazmıştır. Madison, bir e-postayla.
Yine de Baum, virüslerin çekirdeğin kökeniyle bir ilgisi olduğu fikrine inanmıyor. Ona göre fikir sadece işleri karmaşıklaştırıyor. "Ökaryogenezdeki hangi problem, çözümü olarak virüsleri gerektirir?" o yazdı.
Baum, University College London'da bir hücre biyoloğu olan kuzeni Buzz Baum ile birlikte farklı bir hipotez öne sürdüler : çekirdeğin aslında ataların arkeon dış zarının bir kalıntısı olduğu. Esasen, bir atadan kalma arkeonun etrafındaki dünyaya ulaşmaya ve bu keşif zar kabarcıklarıyla bakterilerle ilişki kurmaya başladığını düşünüyorlar. Zamanla, kabarcıklar yeniden birleşene kadar büyüdü ve büyüdü - yeni bir dış zar ve diğer hücre içi bölmelere yol açan iç zar kıvrımları oluşturdu. David Baum, "Ökaryotların bilinen en yakın akrabalarının, prokaryotlarla etkileşime giren geniş hücre dışı çıkıntılara sahip olduğunu" belirtti, "önerdiğimiz modele çok şaşırtıcı bir şekilde benziyor."
Virüslerin ökaryotlara en temel nükleer proteinlerinden bazılarını verdiğine dair kanıtlara gelince, asıl endişesi yönlülük konusunda emin olmanın çok zor olmasıdır. "Virüsler nihai kleptomanyaklardır," dedi, bu yüzden sürekli olarak konakçılarından gen alıyorlar. “Virüsler ve ökaryotlar arasında benzerlikler bulup bulmadığımızı sormak için çok dikkatli olmamız gerektiğini düşünüyorum. Bunu ökaryotlara mı verdiklerini yoksa ökaryotların mı verdiğini bilmiyoruz. "
Paris-Saclay Üniversitesi'nde mikrobiyal ekolojist ve Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nde araştırma direktörü olan Purificación López-García , benzer şekilde ökaryotların orijinal olarak viral proteinler olanlara dayandığına ikna olmamıştır. “Virüsler ile hücre ve ökaryotik çekirdekler arasında homolog bir ilişki olduğuna dair hiçbir kanıt yok” dedi.
Ve eğer bu model doğruysa, "her insan hücresinin kalbinde bir virüs diyebilirsiniz" dedi.
Yine de López-García, Baums'ın kabarcıklanma modeline de katılmıyor. O ve meslektaşları, ökaryotların mitokondriya dönüşecek bir arkeon yutan bakteriyle başladığını düşünmüyor. Bunun yerine, onların görüşüne göre, arkeon daha önceki bir endosimbiyotik olayın sonucu olan daha büyük bir bakterinin içinde yaşıyordu . Modelimizde, çekirdek bu arkeondan türemiş ve sitoplazma bir bakteriden türetilmiş olacaktı ve bu ikili mitokondriyi ele geçirdi, diye açıkladı.
Ancak Takemura, bu diğer hipotezlerin kusurlu olduğunu söylüyor, çünkü en iyi ihtimalle "yalnızca çekirdeğin ortaya çıktığı fenomeni açıklıyorlar" - genomun neden kutu içine alındığı ve protein üreten parçaların neden dışarıda bırakıldığı konusunda evrimsel gerekçeden yoksunlar. Bu Bell için de bir tartışma konusu: Diğer hipotezlerden herhangi birinin transkripsiyon ve çevirinin ayrılığını nasıl açıkladığını görmüyor.
Forterre, viral köken en mantıklı olanı ve en güçlü kanıta sahip. Karşıt teoriler hakkında "Gerçekten ciddi olduklarını sanmıyorum" dedi. "Virüslerin bu hikayede önemli bir rol oynadığını söyleyebilirim."
Sadece bu yıl, Japonya'dan araştırmacılar, on yıldan fazla bir süredir denedikten sonra, nihayet Lokiarchaeota'yı - orijinal ökaryotik ortaklığın bir parçası olduğuna inanılan türden archaea'yı izole edip kültürlediklerini açıkladılar . Bu, uzak akrabalarımıza bulaşan virüsleri keşfetmenin ve bu enfeksiyonların gerçekte neye benzediğini tam olarak görselleştirmenin kapısını açabilir.
"Lokiarchaeota'yı enfekte eden, hücrelerin içine giren ve orada kamp kuran ve transkriptlerin sitoplazmaya hızlı akışını kolaylaştırmak için gözenekler açan yeni bir virüs sınıfı bulacak olsaydınız - bu [daha] ikna edici" kanıtlar virüslerin verdiği Çekirdeğe yükselin, dedi David Baum.
Bell , son zamanlarda Lokiarchaeota'nın keşfedildiği derin deniz tortularından bir yığın dev virüsün sıralandığını belirtti. Birinin bu virüslerden herhangi birinin arkeyi enfekte edip edemeyeceğini ve eğer öyleyse, ökaryotları enfekte eden NCLDV'ler tarafından yapılanlara benzer viral fabrikalar inşa edip etmediklerini test edeceğini umuyor. Bunu göstermenin "oyun biter" olacağını söyledi.
Bu tür olağanüstü kanıtlar elde edilene kadar, viral ökaryogenez muhtemelen tartışmalı kalacaktır. Ancak, kabul edilme savaşını kazanmasa bile, teorinin her testi evrimsel geçmişimizin ufak tefek parçalarını ortaya çıkarır ve bu nedenle, nereden geldiğimiz hakkındaki gerçeği öğrenmeye giderek daha da yaklaşıyoruz. .
Alıntı
Hayvanlardan, bitkilerden, mantarlardan ve protozoadan alınan hücreler ne kadar farklı olursa olsun, hepsinin tek bir belirgin özelliği vardır: çekirdek. Enerji üreten mitokondri gibi başka organellere de sahipler, ancak bir çekirdeğin - genetik materyalle dolu iyi tanımlanmış gözenekli bir kese - varlığı, biyolog Édouard Chatton'a 1925'te ökaryotlar terimini kullanmak için ilham kaynağı oldu. "gerçek çekirdek" ile yaşayan canlılar. Geri kalan her şeyi prokaryotları ömür boyu "çekirdekten önce" olarak etiketledi. Çekirdekli ve çekirdeksiz yaşam arasındaki bu ikilik, biyolojinin temelini oluşturdu.
Çekirdeğin tam olarak nasıl evrildiğini ve bu bölünmeyi yarattığını kimse bilmiyor. Artan kanıtlar, bazı araştırmacıları, çekirdeğin mitokondri ürettiğine inanılana çok benzer bir simbiyotik ortaklık yoluyla ortaya çıkmış olabileceğine ikna etti. Bununla birlikte, önemli bir fark, çekirdekten sorumlu olan partnerin bir hücre değil, bir virüs olabileceğidir.
Maya biyoteknoloji şirketi MicroBioGen araştırma başkanı Philip Bell , "Biz [ökaryotlar] ortaya çıkan karmaşıklık dedikleri klasik bir durum," dedi . Bell, 2001 yılında ökaryotik çekirdek için viral bir köken önerdi ve Eylül ayında teoriyi yeniledi. "Yeni bir topluluk oluşturmak için bir araya gelen ve sonunda o kadar entegre olan üç organizma etkili bir şekilde yeni bir yaşam formu haline geldi."
Arkaeal hücrelerde çekirdek benzeri ve zara dayalı yapılar inşa eden arkeal virüslerin keşfi, çekirdeğin viral kökeninin en güçlü kanıtı olacaktır.
Masaharu Takemura, Tokyo Bilim Üniversitesi
O ve diğer araştırmacılar, dev virüslerin prokaryotik hücrelerin içinde "viral fabrikalar" - çekirdek gibi, transkripsiyon (gen okuma) ve çeviri (proteinlerin oluşturulması) süreçlerini birbirinden ayıran bölümler - inşa ettiklerinin gösterilmesi gibi bulgulardan güvenlerini alıyorlar . "Sanırım artık en güçlü model" dedi.
Ökaryotların kökenini inceleyen araştırmacıların çoğu ona katılmayabilir; Bazıları bunu hala bir fikir olarak tanımlıyor. Ancak viral köken savunucuları, son zamanlarda yapılan birkaç keşiflerin viral bir modelle uyumlu olduğuna dikkat çekiyorlar ve kendi lehlerine kesin kanıtların nihayet ulaşılabileceğine inanıyorlar.
Viral Bir Hediye veya Hırsızlık
Bilim adamları genellikle ökaryotların ilk kez 2.5 milyar ila 1.5 milyar yıl önce, kanıtların bir bakterinin farklı bir prokaryot türü, bir arkeon içinde ikamet ettiğini ve onun mitokondri olduğunu gösterdiğinde ortaya çıktığını düşünüyor. Ancak çekirdeğin ortaya çıkışını daha derin bir gizem çevreliyor; Hiç kimse, o eski arkeonun zaten çekirdekli bir tür proto-ökaryot olup olmadığını ya da çekirdeğin daha sonra mı geldiğini bilmiyor.Ökaryotik çekirdek için herhangi bir başlangıç öyküsü, birkaç özelliğini açıklamalıdır. Yeni başlayanlar için yapının doğası var: yuvalanmış iç ve dış zarları ve içini hücrenin geri kalanına bağlayan gözenekler. Ayrıca kendi içindeki genlerin ifadesini bölümlere ayırmasının ama proteinlerin yapısını dışarıda bırakmasının ilginç bir yolu da var. Ve gerçekten ikna edici bir köken öyküsü, çekirdeğin neden var olduğunu da açıklamalıdır - hangi evrimsel baskılar, bu eski hücreleri genomlarını duvarlara itti.
Geçtiğimiz yüzyılın çoğu ve daha fazlası için, çekirdeğin kökeni hakkındaki varsayımlar bu sorulardan en az birini yanıtlayamadı. Ancak 21. yüzyılın başında, iki araştırmacı bağımsız olarak çekirdekten virüslerin sorumlu olduğu fikrini ortaya attı.
Japonya'da, Masaharu Takemura (o zamanlar Nagoya Üniversitesi'nde araştırma görevlisi), evrimlerine ilgi duymaya başladığında, hücrelerin DNA'yı kopyalamak için kullandığı enzimler olan DNA polimerazlarının biyokimyasını inceliyordu. Şu anda Tokyo Bilim Üniversitesi'nde moleküler biyolog ve virolog olan Takemura, “Ökaryotik, bakteriyel, arkayal ve viral olanlar dahil olmak üzere DNA polimerazlarının filogenetik bir analizini gerçekleştirdim” dedi. Analizi, bir grup virüsün (poksvirüsler), ökaryotlardan elde edilen ana polimeraz sınıflarından birine şaşırtıcı bir şekilde benzer DNA polimerazlara sahip olduğunu ortaya çıkardı. Ökaryotik enzimin bazı eski poksvirüslerden bir katkı olarak ortaya çıktığını varsaydı.
Medusavirüs ile enfekte olmuş bir amipin floresan mikroskobu. Çekirdekteki viral DNA (pembe) kümeleri, amipin DNA'sından (mavi) ayrıdır.
Masaharu Takemura
Takemura, poksvirüslerin enfekte ettikleri hücrelerin içinde bölmeler yarattığını ve çoğaldığını da biliyordu. Bu gerçeklerin birleşimi, ökaryotik hücre çekirdeğinin bu atalara ait poksvirüs bölmelerinden birinden türetildiğini teorileştirmesine yol açtı - Mayıs 2001'de Journal of Molecular Evolution'da yayınladığı bir öneri .
Bu arada, Avustralya'da Bell, farklı nedenlerle benzer bir sonuca varmıştı. 1990'ların başında bir yüksek lisans öğrencisi olarak, çekirdeğin kökeni hakkındaki teorilere, özellikle de mitokondri gibi bunun bir endosymbiont olarak başlamış olabileceği fikrine ilgi duymuştu. "Beş dakika baktım ve gidiyorum, 'Tanrım, eğer endosymbiont ise, bakteriyel değil' 'diye hatırladı. Bakteriyel ve ökaryotik genomlar arasında çok fazla fark olduğunu hissetti, ökaryotların doğrusal kromozomlara sahipken bakterilerin dairesel kromozomlara sahip olma eğiliminde olduğu gerçeği gibi.
Ancak viral genomlara baktığında, poksvirüslerin genom yapısı ve ökaryotlar arasında çarpıcı benzerliklerle karşılaştı. “Modelin ilk versiyonunu yayınlamam dokuz yılımı aldı” dedi. Ardından, Journal of Molecular Evolution dergisinde yayınlanan makaleyi almak 18 ay ileri geri aldı … Takemura'nın makalesinden dört sayı sonra.
Forterre, Takemura ve Bell'in söylediği gibi, çekirdeğin kökeninden dev virüsler sorumlu.
Şimdi, yaklaşık 20 yıl sonra, hem Takemura hem de Bell, hipotezlerini bağımsız olarak güncellediler. Takemura'nın revizyonu 3 Eylül'de Frontiers in Microbiology'de , Bell's ise 20 Eylül'de Virus Research'te yayınlandı . Bell gülerek, Bana yine yaptı, dedi.
Her iki bilim insanı da olağanüstü bir "dev virüs" grubunu içeren son keşifleri, güncellemelerin ana nedenlerinden biri olarak gösterdi. Takemura ve Bell ilk hipotezlerini yayınladığında bu virüsler tamamen bilinmiyordu. 1 milyondan fazla baz çiftine sahip olan genomları, boyut olarak küçük, serbest yaşayan bakterilerin genomlarıyla rekabet eder ve hücrelerdeki temel işlemlerde yer alan proteinler için genlerin viral versiyonlarını taşır. (Bu proteinlerin birkaçının ökaryotik versiyonlarının bu virüslerden geldiğine dair bazı kanıtlar var.)
Ancak en önemlisi, bu dev virüsler , bir konakçı hücrenin sitoplazmasındaki kompleks, kendi kendine yapılan bölmeler içinde çoğalır , bu nedenle bu virüsler, poksvirüsler gibi, nükleositoplazmik büyük DNA virüsleri (NCLDV'ler) olarak sınıflandırılır. Paris'teki Pasteur Enstitüsü'nden evrimsel biyolog Patrick Forterre , bu dev virüsler için oluşturdukları bölmelerin “ökaryotik çekirdek kadar büyük viral fabrikalar” olduğunu söyledi . Ökaryotları enfekte eden NCLDV'ler tarafından yapılan viral fabrikaların da çekirdek gibi iç ve dış zarları var. Forterre , Takemura ve Bell'in söylediği gibi, çekirdeğin kökeninden dev virüsler sorumlu.
Forterre'ye göre çekirdeğin dev virüslerden gelmesinin iki olası yolu var. "Ya viral fabrikalar çekirdek haline geldi ya da proto-ökaryotik hücreler… kendilerini kromozomları korumak için bir tür viral fabrika yapmak için virüsten öğrendiler" dedi.
Takemura, ikincisinin daha muhtemel olduğunu düşünüyor: Hem bir arkenin genetik bir bariyer kurması için uyaran hem de onu inşa etmek için gereken bazı genlerin kaynağı olarak, bir virüs ökaryotik hücrelere daha çok kasıtsız bir katkıda bulunuyordu.
Onun hipotezine göre, uzun zaman önce, dev bir virüs, kendi genomunu ve aynı zamanda arkeon konağının genomunu da içine alan bir viral fabrika inşa etti. Ancak çoğu enfekte hücreden farklı olarak, bu konakçı virüsün bariyer oluşturma hilesini çalmayı başardı ve kendi genomunu virüse karşı koruyan kendi bölmesini inşa etti. Zamanla, bu yarı kalıcı bariyer, bildiğimiz şekliyle çekirdeğe dönüştü.
Samuel Velasco / Quanta Dergisi
Bell, bir viral fabrikanın doğrudan çekirdek haline geldiği versiyonu tercih ediyor, çünkü bu süreç, bugün prokaryotları enfekte eden virüslerin bilinen davranışlarını daha yakından yansıtıyor. "Daha çok Invasion of the Body Snatchers gibiler ," dedi.
Eski bir dev virüsün bir arkeonu enfekte ettiğine ve bir viral fabrika kurduğuna ancak konak hücresini öldürmediğine inanıyor. Bunun yerine, yapı etrafta kalmayı başardı. “Ve sonra bir gen hırsızı olan virüs, arkelerden genleri çaldı ve genomunu tamamen yok etti” diye açıkladı. Bu, virüslerde, özellikle de devlerde ortak bir temadır - genleri ana bilgisayarlarından alırlar, bu da onları ana bilgisayarlarına daha az bağımlı hale getirir. Bu, neden bu kadar çok mitokondriyal genin çekirdeğe taşındığını açıklamaya bile yardımcı olabilir: "Yıllar geçtikçe, mitokondriden genleri çalıyor ve onu kontrol etmeye başlıyor."
Yani bir bakıma, "virüs sadece arkeon hücresini bir pelerin olarak takıyor" dedi Bell. Ve eğer bu model doğruysa, "her insan hücresinin kalbinde bir virüs diyebilirsiniz" dedi.
İtiraz Edilen Kökenler
Takemura ve Bell'in ilk yayınlarından bu yana, birçok keşif çekirdek için viral bir köken fikriyle iyi bir şekilde hizalandı. Dev virüs soy ağacının tüm dalları keşfedildi, örneğin evrim anlayışımızı ve özellikle ev sahipleriyle takas ettikleri temel genleri - çaldıkları veya bazı durumlarda, belki de kendilerine verilmiş olanlar . hücreler.Ek olarak, 2017'de araştırmacılar , bakteriyel bir konağın içinde viral bir fabrika inşa eden bir virüs keşfettiler . O zamana kadar, viral fabrikalar ökaryotları enfekte eden virüslere özel görünüyordu, bu yüzden bir prokaryotta bir tane bulmak, bir çekirdeğin oluşumunu başlatmak için uzun zaman önce benzer bir şeyin gerçekleşmiş olabileceği fikrini destekledi.
Bu virüs söz konusu olduğunda, "bu çekirdek benzeri yapı membran temelli değildir" dedi Takemura, bu da onu birçok viral fabrikadan ve ökaryotik çekirdekten farklı kılıyor. Yine de, prokaryotik hücrelerin içindeki genomu etrafında koruyucu bir "bölme" oluşturan bir virüsün bu örneğinin, "atalara ait ökaryotik hücrede ... virüsle aynı tür bölmelere ayırmanın gerçekleşmiş olabileceğini güçlü bir şekilde ileri sürdüğünü" hissediyor.
Bu mimivirüs, yalnızca birkaç yıl önce keşfedilen dev virüs sınıfından biridir.
JP Baudoin ve D Brahim Belhaouari, IHU Mediterranee Enfeksiyonu
Sadece bu yıl, araştırmacılar , hücre çekirdeklerinde bulunan gözenekleri ürkütücü bir şekilde anımsatan koronavirüslerin çift zara bağlı viral fabrikalarında gözenekleri tespit ettiler. Wisconsin Üniversitesi'nden evrimsel biyolog David A. Baum , "Bu sonuç geçerliyse ve gözenek oluşturan proteinin ökaryotik bir genomdan türetilmediğini varsayarsak, virüs modeline karşı bir argümanı köreltiyor," diye yazmıştır. Madison, bir e-postayla.
Yine de Baum, virüslerin çekirdeğin kökeniyle bir ilgisi olduğu fikrine inanmıyor. Ona göre fikir sadece işleri karmaşıklaştırıyor. "Ökaryogenezdeki hangi problem, çözümü olarak virüsleri gerektirir?" o yazdı.
Baum, University College London'da bir hücre biyoloğu olan kuzeni Buzz Baum ile birlikte farklı bir hipotez öne sürdüler : çekirdeğin aslında ataların arkeon dış zarının bir kalıntısı olduğu. Esasen, bir atadan kalma arkeonun etrafındaki dünyaya ulaşmaya ve bu keşif zar kabarcıklarıyla bakterilerle ilişki kurmaya başladığını düşünüyorlar. Zamanla, kabarcıklar yeniden birleşene kadar büyüdü ve büyüdü - yeni bir dış zar ve diğer hücre içi bölmelere yol açan iç zar kıvrımları oluşturdu. David Baum, "Ökaryotların bilinen en yakın akrabalarının, prokaryotlarla etkileşime giren geniş hücre dışı çıkıntılara sahip olduğunu" belirtti, "önerdiğimiz modele çok şaşırtıcı bir şekilde benziyor."
Virüslerin ökaryotlara en temel nükleer proteinlerinden bazılarını verdiğine dair kanıtlara gelince, asıl endişesi yönlülük konusunda emin olmanın çok zor olmasıdır. "Virüsler nihai kleptomanyaklardır," dedi, bu yüzden sürekli olarak konakçılarından gen alıyorlar. “Virüsler ve ökaryotlar arasında benzerlikler bulup bulmadığımızı sormak için çok dikkatli olmamız gerektiğini düşünüyorum. Bunu ökaryotlara mı verdiklerini yoksa ökaryotların mı verdiğini bilmiyoruz. "
Paris-Saclay Üniversitesi'nde mikrobiyal ekolojist ve Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nde araştırma direktörü olan Purificación López-García , benzer şekilde ökaryotların orijinal olarak viral proteinler olanlara dayandığına ikna olmamıştır. “Virüsler ile hücre ve ökaryotik çekirdekler arasında homolog bir ilişki olduğuna dair hiçbir kanıt yok” dedi.
Ve eğer bu model doğruysa, "her insan hücresinin kalbinde bir virüs diyebilirsiniz" dedi.
Yine de López-García, Baums'ın kabarcıklanma modeline de katılmıyor. O ve meslektaşları, ökaryotların mitokondriya dönüşecek bir arkeon yutan bakteriyle başladığını düşünmüyor. Bunun yerine, onların görüşüne göre, arkeon daha önceki bir endosimbiyotik olayın sonucu olan daha büyük bir bakterinin içinde yaşıyordu . Modelimizde, çekirdek bu arkeondan türemiş ve sitoplazma bir bakteriden türetilmiş olacaktı ve bu ikili mitokondriyi ele geçirdi, diye açıkladı.
Ancak Takemura, bu diğer hipotezlerin kusurlu olduğunu söylüyor, çünkü en iyi ihtimalle "yalnızca çekirdeğin ortaya çıktığı fenomeni açıklıyorlar" - genomun neden kutu içine alındığı ve protein üreten parçaların neden dışarıda bırakıldığı konusunda evrimsel gerekçeden yoksunlar. Bu Bell için de bir tartışma konusu: Diğer hipotezlerden herhangi birinin transkripsiyon ve çevirinin ayrılığını nasıl açıkladığını görmüyor.
Forterre, viral köken en mantıklı olanı ve en güçlü kanıta sahip. Karşıt teoriler hakkında "Gerçekten ciddi olduklarını sanmıyorum" dedi. "Virüslerin bu hikayede önemli bir rol oynadığını söyleyebilirim."
Keşif Bekliyor
Baums ve López-García gibi bilim adamlarını Forterre'nin bakış açısına yaklaşmaya ikna etmek için çok daha fazla kanıt gerekecek. Ancak, teknolojideki yirmi yıllık ilerlemeler nihayet bu kanıtı ulaşılabilecek hale getiriyor olabilir.Sadece bu yıl, Japonya'dan araştırmacılar, on yıldan fazla bir süredir denedikten sonra, nihayet Lokiarchaeota'yı - orijinal ökaryotik ortaklığın bir parçası olduğuna inanılan türden archaea'yı izole edip kültürlediklerini açıkladılar . Bu, uzak akrabalarımıza bulaşan virüsleri keşfetmenin ve bu enfeksiyonların gerçekte neye benzediğini tam olarak görselleştirmenin kapısını açabilir.
"Lokiarchaeota'yı enfekte eden, hücrelerin içine giren ve orada kamp kuran ve transkriptlerin sitoplazmaya hızlı akışını kolaylaştırmak için gözenekler açan yeni bir virüs sınıfı bulacak olsaydınız - bu [daha] ikna edici" kanıtlar virüslerin verdiği Çekirdeğe yükselin, dedi David Baum.
Bell , son zamanlarda Lokiarchaeota'nın keşfedildiği derin deniz tortularından bir yığın dev virüsün sıralandığını belirtti. Birinin bu virüslerden herhangi birinin arkeyi enfekte edip edemeyeceğini ve eğer öyleyse, ökaryotları enfekte eden NCLDV'ler tarafından yapılanlara benzer viral fabrikalar inşa edip etmediklerini test edeceğini umuyor. Bunu göstermenin "oyun biter" olacağını söyledi.
Takemura da böyle bir virüsün varlığından umutlu. "Arkaeal hücrelerde çekirdek benzeri ve zara dayalı yapılar inşa eden arkeal virüslerin keşfi, çekirdeğin viral kökeninin en güçlü kanıtı olacaktır" dedi.Bu tür olağanüstü kanıtlar elde edilene kadar, viral ökaryogenez muhtemelen tartışmalı kalacaktır. Ancak, kabul edilme savaşını kazanmasa bile, teorinin her testi evrimsel geçmişimizin ufak tefek parçalarını ortaya çıkarır ve bu nedenle, nereden geldiğimiz hakkındaki gerçeği öğrenmeye giderek daha da yaklaşıyoruz. .
Alıntı