Comparar una célula viva con un virus es un poco como comparar la Capilla Sixtina con una casa para perros en el patio trasero. Al carecer de la intrincada maquinaria de las células vivas, los virus representan la biología despojada a un nivel extremo. Son los verdaderos minimalistas del mundo biológico.
Sin embargo, el campo de la virología está lleno de preguntas sin respuesta sobre estas entidades arquitectónicamente simples pero misteriosas. En una nueva investigación, Arvind Varsani, virólogo molecular de la Universidad Estatal de Arizona, se une a un prestigioso equipo internacional para explorar una clase particular de virus,descubriendo fragmentos genéticos que revelan las complejidades de la evolución viral.
El nuevo estudio examina la dinámica evolutiva de los virus circulares de ADN monocatenarios CRESS que codifican Rep. Los resultados muestran que esta amplia clase de virus de ADN monocatenarios, que infectan los tres dominios celulares de la vida, han adquirido su genética.componentes a través de procesos evolutivos complejos que no se pueden rastrear a un solo evento ancestral, sino que los virus son prestatarios obsesivos, que se apropian del material genético de muchas fuentes, incluidas las células bacterianas, arcaicas y eucariotas, así como replicones parásitos circulares, conocidos como plásmidos, y otros elementos genéticos móviles., como los transposones.
Cuando un grupo de elementos móviles, como los virus CRESS DNA, surgen de más de un ancestro evolutivo común o grupo ancestral, se les conoce como polifiléticos. El fenómeno es común en el mundo viral, presentando desafíos y oportunidades parainvestigadores, a medida que se reconsideran las definiciones, taxonomías y trayectorias evolutivas de este vasto dominio, con la ayuda de nuevas y potentes técnicas.
Una mejor comprensión del intercambio promiscuo de información genética entre diferentes virus y fragmentos genéticos derivados de células puede algún día mejorar los esfuerzos para controlar estas entidades parasitarias, algunas de las cuales han tenido efectos devastadores en el bienestar humano y el rendimiento de los cultivos.
Tales exploraciones también tienen el potencial de arrojar nueva luz sobre los orígenes de la vida más temprana de la Tierra, y resolver la cuestión de cómo la vida basada en células llegó a coexistir con la asombrosa variedad de virus del planeta denominado viroma.
"Durante la última década hemos estado descubriendo virus en varios ecosistemas utilizando enfoques metagenómicos y, como resultado, poblando las bases de datos de virus CRESS DNA", dice Varsani. "Esto ha allanado el camino para un análisis global de los virus CRESS DNA que arrojan información sobreel origen de estos y otros virus relacionados "
Varsani es investigador en el Biodesign Center for Mechanisms of Evolution, y el Center for Fundamental and Applied Microbiomics, así como en la Facultad de Ciencias de la Vida de ASU.
Se asocia con Darius Kazlauskas, Instituto de Biotecnología, Centro de Ciencias de la Vida, Universidad de Vilna, Lituania; Eugene V. Koonin, Institutos Nacionales de Salud, Bethesda, Maryland; y Mart Krupovic, Departamento de Microbiología, Institut Pasteur, Francia.
La nueva investigación aparece en el número actual de la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Un mundo de virus
Investigaciones recientes sobre genómica ambiental han demostrado que las entidades biológicas más abundantes en la tierra son los virus, con partículas de virus que superan en número a las células en uno o dos órdenes de magnitud. Muestran una diversidad extraordinaria y se han adaptado a prácticamente todos los ambientes terrestres. También puedenser considerados los jugadores biológicos más exitosos en términos de su potencial de crecimiento, abundancia, biodiversidad, adaptabilidad e impacto.
Los virus consisten en ácido nucleico, ya sea ARN o ADN, rodeado por una capa protectora, conocida como la cápside. La descripción del trabajo de cada virus es simple: ingrese a una célula viva, secuestra su maquinaria metabólica y produzca descendencia.
Los virus difieren notablemente de las células que pertenecen a los reinos bacterianos, eucariotas y arcaicos, particularmente en términos de sus modos de replicación. Si bien toda la vida celular depende de la herencia de ADN bicatenario, los virus pueden ser monocatenarios o bicatenarios y pueden usarsede ADN o ARN como su material genético. Además, sus genomas pueden ser circulares o lineales, consistentes en moléculas únicas o múltiples. Los virus carecen de un ancestro común único y, de hecho, no se conserva un solo gen en todo el viroma, produciendo virusuna especie de collage genético
La metagenómica viral, a veces denominada secuencia de escopeta, ha abierto una nueva ventana al mundo viral. Permite a investigadores como Kazlauskas, Koonin, Krupovic y Varsani explorar comunidades virales complejas sin ningún conocimiento previo de los virus presentes en la muestra ambientalLa técnica es útil para investigar la espectacular diversidad global de virus, muchos de los cuales son difíciles o imposibles de cultivar en condiciones de laboratorio.
Éxito a través del egoísmo
Entre los virus iluminados a través de la metagenómica viral se encuentran los virus CRESS DNA. Una vez que se cree que son raros, estos virus se han descubierto en suelos, respiraderos de aguas profundas, lagos y estanques antárticos, muestras de aguas residuales, océanos y aguas termales. ADN CRESSLos virus son parte de un vasto y diverso supergrupo viral que es de importancia crítica, tanto médica como económicamente.
Los virus CRESS DNA pueden identificarse a través de una enzima proteica específica, conocida como Rep. Esta proteína juega un papel crucial en el mecanismo de replicación del genoma común a los virus CRESS DNA, así como a los diversos plásmidos circulares encontrados en bacterias y arqueas. Los investigadores han observado recientementeque el gen rep se conserva en todos los virus de ADN CRESS. Entre sus tareas biológicas está el corte y la unión de segmentos de ADN monocatenarios, actividad esencial para el mecanismo de replicación conocido como replicación de círculo rodante.
El proceso del círculo rodante comienza cuando la proteína Rep corta una de las hebras en la forma dsDNA del genoma viral, iniciando la secuencia de replicación. La hebra única suelta creada por el nick se alarga con la ayuda de una ADN polimerasa del huésped, utilizandola hebra sin cortar como plantilla.
Eventualmente, la cadena simple de ADN recién sintetizada se disocia completamente de la forma original de doble cadena y sus extremos se unen en un nuevo círculo de cadena simple, con la ayuda de Rep. Una cadena complementaria puede formarse, creando una nuevaunidad bicatenaria Ver Figura 1. El proceso permite la síntesis rápida de múltiples copias de ADN circular.
La recombinación de varios módulos funcionales de distintos grupos virales y plasmídicos, derivados de toda la virosfera es un proceso incesante que genera constantemente nuevos virus ssDNA. El estudio actual examina las similitudes de secuencia entre varios virus CRESS DNA y replicones no virales, comoplásmidos, combinados con herramientas filogenéticas utilizadas para explorar sus relaciones evolutivas.
Los resultados revelan tres eventos evolutivos distintos que contribuyen a la composición genética de los virus CRESS-DNA. Parece existir un parentesco intrigante entre los virus CRESS-DNA y los plásmidos circulares encontrados en bacterias, arqueas y algunos eucariotas. Los nuevos resultados ayudan a iluminarla galaxia en expansión de los virus ssDNA que se replican utilizando el mecanismo de círculo rodante, entre estos, los virus CRESS-DNA.
"Es notable ver todas estas conexiones evolutivas entre virus y replicones egoístas no virales, que alguna vez se consideraron no relacionados", dice Krupovic. "Como resultado, los mecanismos generales de evolución del virus, así como la organización globaldel vasto mundo viral comienzan a desmoronarse "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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