ويروسهاي غولپيكر، تكامل اسرارآميز بخش مهمي از سلولهاي ما را توضيح ميدهند
سلولهاي ما هنوز اسرار زيادي دربارهي منشأ خود دارند كه از آنها بيخبريم؛ اما ويروسهاي غولپيكري كه اخيرا كشف شدهاند، ممكن است سرنخهايي از يكي از اين اسرار، يعني پيدايش اسرارآميز انبار اصلي دستورالعملهاي ژنتيكي (هسته)، داشته باشند.
وجود هسته وجه تمايز سلولهاي يوكاريوتي از ديگر اشكال سلولي حيات است. باكتريها و باستانيان (آركياها) حلقهاي بزرگ يا قطعهاي آزاد از DNA دارند كه در مايعات سلولي آنها شناور است. اشكال پيچيدهتر حيات نظير گياهان و جانوران مواد ژنتيكي خود را بهطور ماهرانهاي در اطراف پروتئينهايي بهنام هيستون ذخيره ميكنند و آنها را در اندامكهاي خاصي بهنام هسته جاسازي ميكنند؛ اما يكي از سؤالهاي در ذهن دانشمندان اين است: چگونه هسته شكل گرفته است؟
در سال ۲۰۱۹، ماساهارو تاكمورا، ويروسشناس دانشگاه توكيو و همكارانش ويروس غولپيكري را كشف كردند كه ميتوانست سلول آميب (Acanthamoeba castellanii) ربودهشده را مجبور كند پوشش پوستهمانندي در اطراف خودش تشكيل دهد. آنها آن را مدوساويروس نام نهادند كه برگرفته از نام مدوسا، نگهبان افسانهاي است كه ميتوانست مردم را به سنگ تبديل كند.
اكنون، تاكمورا فرضيهي جديدي دربارهي تكامل هسته پيشنهاد كرده است كه قطعات DNA بستهبنديشده با پروتئين را شامل ميشود. همانند بسياري از موضوعات زيستشناسي، اين فرايند فرضي نيز مبهم و پيچيده است؛ اما تاكمورا فكر ميكند شايد چيزي شبيه آن رخ داده باشد.
سلولهاي اوليه يوكاريوتي داراي DNA آزاد با ويروسهاي غولپيكر آلوده شدند. اين ويروسها از غشاي سيتوپلاسمي سلول استفاده كردند و آنها را محكم در اطراف خود كشيدند تا از فرايند تكثير ويروس درون سلول محافظت كنند. با گذشت زمان، سلول ميزبان همين كار را براي DNA خود انجام داد تا از آن دربرابر حمله ويروس محافظت كند؛ درحاليكه در همان حين، ژنهايي براي هيستونها تكامل داد تا DNA خود را بيشتر فشرده كند. اين ژنها اكنون در DNA ويروسي نيز يافت ميشوند.
تشابهات ميان غشاهايي كه ويروسها از آنها براي تكثير درون سلول استفاده ميكنند و غشاهاي هستهي سلولهاي ما موجب شد پژوهشگران گمان كنند كه سلولهاي اجدادي ما براي محافظت از ژنوم خود دربرابر حملهي ويروسها نوعي استراتژي نظير استراتژي ويروسها ابداع كردهاند.
مدوساويروس همچون ويروسهاي ديگري مانند ويروس فلج اطفال براي همانندسازي حباب مخصوص به خود را نميسازد. اين ويروس راهش را به درون هستهي سلول پيدا و از ماشينآلات ميزبان براي تكثير خود استفاده ميكند؛ بنابراين، در جريان تكثير ژنوم ويروس و ميزبان ميتوانند باهم وجود داشته باشند. باوجوداين، مدوساويروس درست مانند ميزبانهاي آميب خود ژنهاي هيستون و DNA پليمراز دارد كه نشان ميدهد اين ژنها بين ژنوم ويروسي و ميزبان جابهجا شدهاند. اين انتقال DNA بين ويروس و سلولهاي يوكاريوتي احتمالا راه ديگري نيز داشته است. پژوهشگران معتقدند آميبها ژنهاي پروتئين اصلي كپسيد را از ويروسها گرفتهاند. تاكمورا نوشت:
حدس ميزنم بخشي از همانندسازي DNA ويروسي ممكن است به همانندسازي ژنوم ميزبان كمك كرده باشد و مزيتهاي تكاملي بههمراه داشته است.
مادهي ژنتيكي بزرگ ويروسهاي غولپيكري مانند پاكسويروسها بيش از ۴۰۰ پروتئين را كد ميكند. برخي از آنها مانند پروتئين كلاهك RNA پيامرسان پروتئينهايي هستند كه در يوكاريوتها نيز وجود دارند؛ اما اين پروتئينها در باكتريها يا باستانيان ديده نميشود.
همچنين، تجزيهوتحليل مولكولي DNA پليمراز پاكسويروس نشان داده است كه اين DNA پليمراز ارتباط نزديكي با DNA پليمراز يوكاريوتي دارد. تاكمورا خاطرنشان ميكند:
هنوز بخشهاي زيادي از اين فرضيه بايد آزمايش شود؛ اما با انديشه متخصصينيهي برجستهي تكامل هسته سازگار است؛ انديشه متخصصينيهاي كه ميگويد غشاهاي هسته از غشاي دروني سلولهاي يوكاريوتي اوليه حاصل شدهاند. همچنين، به توضيح برخي از فرايندهايي كمك ميكند كه ممكن است در آن نقش داشته باشد. فرضيهي بهروزرساني شدهي جديد ميتواند تأثير عميقي روي مطالعهي منشأ سلولهاي يوكاريوت بگذارد و مبنايي براي مباحثه بيشتر دربارهي نقش ويروسها در تكامل هسته يوكاريوتي فراهم كند.
اين پژوهش در مجلهي Frontiers in Microbiology منتشر شد.
هم انديشي ها