在古老的巨型病毒中,在真核细胞中核的演变之后的真相


古代巨型病毒和古代生物细胞之间的DNA交换可能是真核细胞细胞核进化的关键

也许早在研究和哲学史上,人们就试图发掘地球上的生命是如何形成的。

近几十年来,随着基因组学、分子生物学和病毒学领域的指数级发展,一些科学家开始研究真核细胞的进化曲折,这种类型的细胞构成了今天的大多数生命形式。

最被广泛接受的理论,出现了国家,真核细胞进化proto-eukaryotic细胞的胞内进化的产物,这是第一个复杂的细胞,proto-eukaryotic细胞之间的共生关系和其他单细胞和简单的微生物如细菌和古生菌。但是日本东京科学大学的Masaharu Takemura教授说,“这些假说解释了驱动力和进化压力。但他们未能描绘真核生物细胞核进化的精确过程。”

Takemura教授将此称为他最近在微生物学中发表的近期文章的动机,在那里他展望了最近的理论,除了他自己的研究机构,还建立了他目前的主题假设。

在某种程度上,Takemura教授的假设在2001年的根源,以及PJ Bell,他制造了大型DNA病毒,如痘病毒,与真核细胞核的崛起有关的革命性提案。Takemura教授进一步解释了他对真核细胞核的询问的原因:“虽然细胞核的结构,功能和各种生物学功能被密集地研究了细胞核的进化起源,是一个里程碑真核进化,仍然不清楚。“

考虑到真核细胞的起源是将真核细胞与其他种类的细胞——原核细胞区分开来的决定性因素,真核细胞的起源必定是细胞本身发展的一个里程碑。真核细胞被整齐地划分成具有各种功能的膜结合细胞器。其中,细胞核容纳着遗传物质。其他的细胞器漂浮在细胞质中。原核细胞不存在这种区段化。细菌和古细菌是原核细胞。

Takemura和PJ Bell教授的2001年假设基于真核细胞核和痘病毒之间的引人注目的相似性:特别是将基因组保持在隔间中的性质。在发现和表征被称为“巨型病毒”的大型DNA病毒的发现和表征后,均可揭示其直径高达2.5μm的进一步相似性,并且含有超过400个蛋白质的DNA“编码”信息。独立的系统发育分析表明,在这些病毒和真核细胞之间在进化道路上的各个点相互作用时,基因在这些病毒和真核细胞之间转移,在称为“横向基因转移”的过程中。

病毒是DNA或RNA的“包”,不能独立生存。它们必须进入一个“宿主”细胞,利用该细胞的机制复制其遗传物质,从而进行繁殖。随着进化的进展,病毒的遗传物质似乎与宿主的遗传物质融为一体,两者的特性都发生了改变。

2019年,竹村教授和他的同事们有了另一项突破性发现:水母病毒。美杜莎病毒得名是因为,像这种神秘的怪物一样,它会导致宿主的包膜;也就是说,它给宿主细胞一层“硬”保护层。

通过对阿米巴原虫感染的实验,Takemura教授和他的同事们发现水母病毒含有一整套组蛋白,这些组蛋白与真核生物中的组蛋白相似。组蛋白是使DNA链卷曲并挤进细胞核的蛋白质。它还拥有一个DNA聚合酶基因和主要衣壳蛋白基因,与阿米巴变形虫非常相似。此外,与其他病毒不同的是,它不在细胞的细胞质中构建自己的封闭的“病毒工厂”,在该细胞质中复制其DNA,也不包含任何进行复制过程所需的基因。相反,它占据了宿主的整个细胞核,并利用宿主的核机制进行复制。

Takemura教授认为这些功能表明祖先Medusavirus及其相应的宿主原核细胞参与了横向基因转移;病毒从其宿主中获取DNA合成(DNA聚合酶)和缩合(组蛋白)基因,并且宿主获取来自病毒的结构蛋白(主要衣壳蛋白)基因。基于额外的研究证据,Takemura教授也将这一新假设扩展到其他几种巨大病毒。

因此,竹村教授将他2019年的发现与他2001年最初的假设联系起来,并通过他和其他人在这20年之间的工作将它们联系起来。所有这些加在一起,就清楚了美杜莎病毒是如何成为真核生物细胞核病毒起源的主要证据。

他说:“这个新的更新的假设可以深刻地影响真核细胞起源的研究,并为进一步讨论病毒在真核核的演变中提供了依据。”事实上,他的工作可能会解锁未来在该领域的研究的几种新可能性。

原真核细胞中的美杜莎病毒祖先:细胞核病毒起源假说的更新

天体生物学

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