Virus khổng lồ có thể đang tấn công các vi khuẩn trong ruột của chúng ta

Hình ảnh cho thấy một ô lớn, tròn với nhiều hình cầu nhỏ được buộc vào nó.
Phóng to / Phages trên bề mặt tế bào vi khuẩn.

Trong nhiều trường hợp, vi-rút có thể lây lan dễ dàng vì chúng rất nhỏ gọn, cho phép hàng trăm ngàn hạt vi-rút phát nổ chỉ sau một lần hắt hơi. Kích thước nhỏ gọn đó một phần xuất phát từ nhu cầu hạn chế của họ. Vì vi-rút sử dụng các bộ phận của tế bào chủ của chúng cho hầu hết những gì chúng cần làm, ngay cả những vi-rút phức tạp hơn có xu hướng chỉ cần vài chục gen chuyên biệt để làm những việc như trốn tránh hệ thống miễn dịch hoặc không hoạt động trong các tế bào. Trên thực tế, sự phức tạp dường như sẽ đi ngược lại với một trong những lợi thế tiến hóa của virus: khả năng tạo ra nhiều bản sao của chính nó rất nhanh.

Vì vậy, có một chút ngạc nhiên khi thấy rằng có virus khổng lồ mang nhiều vật liệu di truyền hơn họ dường như cần. Tất cả các tế bào đều mang theo máy móc cần thiết để tạo ra protein, vì vậy, nhiều nhất, virus thường chỉ mang một vài gen điều khiển máy móc tập trung vào nhu cầu của virus. Nhưng những con virus khổng lồ dường như mang theo sự thay thế cho phần lớn các máy móc cơ bản. Những virus này đã tấn công các tế bào phức tạp, với rất nhiều cấu trúc bên trong và nhiều quá trình sinh học phức tạp đang diễn ra ở các địa điểm khác nhau. Có lẽ mang tất cả những phần dường như không cần thiết là lợi thế trong bối cảnh đó.

Hoặc có thể không. Trong một nghiên cứu được công bố hôm nay, các nhà nghiên cứu mô tả một bộ lớn các virus khổng lồ nhắm vào vi khuẩn. Mặc dù nhỏ hơn một số virut nhân chuẩn lớn nhất, nhưng chúng không nhỏ hơn nhiều. Và cho rằng chúng lây nhiễm vi khuẩn, bộ gen của các virus mới được mô tả có thể là một phần đáng kể của kích thước bộ gen của vật chủ.

Trong hỗn hợp

Công trình dựa trên thứ được gọi là meta-genomics, về cơ bản liên quan đến việc làm nổ tung tất cả các tế bào trong một mẫu môi trường và giải trình tự bất kỳ DNA nào được đưa ra. Điều này sẽ cung cấp dữ liệu chuỗi DNA trên tất cả các vi khuẩn khác nhau sống trong đó, cũng như các virus sống trong đó. Phần mềm có thể tìm kiếm thông qua dữ liệu đó và tìm các phần trùng nhau, ghép các phần lớn hơn của bộ gen từ các đoạn nhỏ hơn của chuỗi. Nhưng thật khó để kết hợp toàn bộ bộ gen theo cách này, vì bất kỳ chuỗi lặp lại hoặc phân đoạn khó theo trình tự nào cũng sẽ khiến máy tính nhầm lẫn. Vì vậy, ngay cả khi các virus khổng lồ có trong các mẫu này, một phân tích metagenomic thường sẽ xác định các mảnh nhỏ hơn của chúng và không liên kết chúng với nhau để tiết lộ kích thước đầy đủ của chúng.

Lấy cảm hứng từ một số dấu hiệu trước đó cho thấy vi-rút tấn công vi khuẩn (được gọi là “phage” về mặt kỹ thuật) có thể rất lớn, một nhóm nghiên cứu lớn không kém đã nhận được rất nhiều mẫu môi trường và đã tìm kiếm vi-rút khổng lồ. Các nguồn bao gồm “mẫu phân người và miệng, mẫu phân từ động vật khác, hồ nước ngọt, hệ sinh thái biển, trầm tích, suối nước nóng, đất, môi trường sống sâu dưới lòng đất và môi trường xây dựng.”

Sau khi phần mềm đã tập hợp các chuỗi ngắn của khảo sát ban đầu thành các đoạn dài hơn, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra sự tương đồng về gen để xác định xem đoạn đó đến từ vi khuẩn, tế bào phức tạp, vi khuẩn cổ hay virus. Bất kỳ trình tự nào dài từ 200.000 cơ sở trở lên đã được thử nghiệm để xem liệu chúng có thực sự là hình tròn hay không (một đặc điểm chung của bộ gen virus lớn ở vi khuẩn) và một số trong những bộ lớn nhất đã được chọn để kiểm tra thủ công chi tiết. “Hướng dẫn” ở đây có nghĩa là học sinh tốt nghiệp sẽ phải xác nhận trình tự và tìm cách đối phó với bất kỳ DNA lặp lại hoặc trình tự khó.

Nhìn chung, các nhà nghiên cứu đã tập hợp 350 chuỗi virus, dựa trên thực tế là chúng mang các gen liên quan đến việc xây dựng lớp vỏ của virus hoặc làm nổ tung các tế bào chủ của chúng để lây lan thêm. Bốn chuỗi dài khác rất khó để gán cho bất kỳ thể loại nào.

Gia đình đại gia

Một số virus rõ ràng là rất lớn, với bốn virus dài hơn 600.000 cơ sở và lớn nhất là 735.000. Đây là trong cùng phạm vi với một số virus lớn tấn công amip. Nhưng trong khi amip có thể có bộ gen dài hàng trăm tỷ cơ sở, những virus này dường như đang lây nhiễm vi khuẩn có bộ gen dài dưới 5 triệu cơ sở. Đối với bối cảnh, có những vi khuẩn có bộ gen chỉ bằng một phần năm kích thước của những virus này.

Một trong những virut có gen dài hơn 2.300 bazơ dài gấp 1,5 lần kích thước của toàn bộ bộ gen của một số virut nhỏ.

Khi quá trình lắp ráp hoàn tất, các nhà nghiên cứu bắt đầu so sánh các trình tự để tìm hiểu xem những virus này có liên quan gì. Trong nhiều trường hợp, câu trả lời hóa ra là “nhau”. Các virus lớn nhất là một phần của một gia đình mà các nhà nghiên cứu gọi là “Mahaphages” (Maha là từ tiếng Phạn có nghĩa là rất lớn). Đáng chú ý, không có virus nhỏ nào được nhóm trong số những người khổng lồ, chỉ ra rằng những bộ gen khổng lồ này có lẽ là đặc điểm ổn định của gia đình này chứ không phải là kết quả của một loại virus nhỏ hơn đã có được nhiều DNA bổ sung gần đây.

Nhiều họ virus này có gen cho các RNA chuyển được sử dụng trong việc tạo ra protein, thường được cung cấp bởi tế bào. Các gen khác bao gồm những gen cần thiết cho quá trình chuyển hóa axit nucleic, cho phép chúng tạo ra một số DNA và RNA mà chúng phụ thuộc vào. Thông thường, cả hai loại gen này đều được cung cấp bởi vật chủ, mặc dù những thứ tương tự được tìm thấy trong các virus khổng lồ lây nhiễm amip. Các tác giả lưu ý rằng loại nội dung gen này tương tự như một nhóm vi khuẩn nhỏ có bộ gen nhỏ được cho là cộng sinh hoặc ký sinh. Cho dù điều này chỉ đơn giản là một hệ quả của lối sống hoặc đại diện cho một cái gì đó quan trọng hơn được để lại cho các nghiên cứu trong tương lai.

CRISPR-y

Nhiều loại virus cũng mang các thành phần của hệ thống CRISPR / Cas mà chúng tôi đã bắt đầu sử dụng để chỉnh sửa bộ gen. Vi khuẩn thường sử dụng hệ thống này để bảo vệ bản thân khỏi virus, điều này khiến cho việc tìm virus mang phiên bản của chúng trở nên kỳ quặc. Một số hệ thống này dường như nhắm mục tiêu các gen mà vi khuẩn sử dụng để kiểm soát hoạt động của gen, vì vậy phiên bản của virus có thể đơn giản liên quan đến việc chuyển hướng các hệ thống kiểm soát này để tập trung vào sản xuất virus. Trong các trường hợp khác, họ nhắm mục tiêu các loại virus khác nhau, cho thấy rằng chúng là một cách để hạn chế các đối thủ cạnh tranh.

Các họ virus khác dường như mang các protein làm tắt hệ thống CRISPR của vi khuẩn, điều này phù hợp hơn với những gì bạn mong đợi, một phương tiện bảo vệ virus khỏi sự phòng vệ của vật chủ.

Có lẽ điều kỳ lạ nhất được tìm thấy trong các virus này là các gen mã hóa họ hàng của một protein gọi là tubulin, giúp một tế bào tổ chức nội dung bên trong của nó. Vi khuẩn khá đáng chú ý vì có một tổ chức nội bộ được xác định kém, vì vậy việc nhìn thấy một loại virus tận dụng một thứ gì đó mà chúng ta không hiểu rõ đặc biệt là khá ấn tượng. Tuy nhiên, thật dễ dàng để xem làm thế nào protein này có thể giúp đưa tất cả các phần cần thiết để lắp ráp virus vào đúng nơi.

Nhưng rõ ràng có rất nhiều thứ chúng ta không hiểu về các loại virus này nói chung, bao gồm cả các tế bào cụ thể mà chúng lây nhiễm, chúng ta biết môi trường chúng sinh ra và các loại vi khuẩn mà chúng thường tìm thấy, nhưng không nhiều hơn thế. . Tìm hiểu thêm và nghiên cứu động lực học của chúng trong văn hóa có thể giúp chúng ta hiểu làm thế nào vi-rút đôi khi có thể vượt qua họ hàng nhỏ hơn và di chuyển nhanh hơn. Trong quá trình đó, chúng có thể dạy chúng ta một số bài học về vi khuẩn mà chúng đang lây nhiễm.

Thiên nhiên, 2020. DOI: 10.1038 / s41586-020-2007-4 (Về DOI).


Nguồn

Chúng tôi rất vui tiếp nhận đánh giá của bạn

Leave a reply

GiaTot7
Logo
Reset Password
Compare items
  • Total (0)
Compare
0