Eine neue Studie über Riesenviren stützt die Idee, dass Viren uralte lebende Organismen sind und keine leblosen molekularen Überreste Amok laufen, wie einige Wissenschaftler argumentiert haben.
Das Mimivirus ist eines der größten und komplexesten bekannten Viren. Hier als schwarze Sechsecke zu sehen, befällt es eine Amöbe. Klicken um zu vergrößern. Bildnachweis: Prof. Didier Raoult / Labor Rickettsia, La Timone, Marseille, Frankreich.
Die Studie könnte den universellen Stammbaum umgestalten und den drei Bereichen, denen die meisten Wissenschaftler zustimmen, einen vierten Hauptzweig hinzufügen, der die grundlegenden Lebensbereiche darstellt.
Die neuen Erkenntnisse erscheinen in der Zeitschrift BMC Evolutionary Biology.
Die Forscher verwendeten eine relativ neue Methode, um in die ferne Vergangenheit zu blicken. Anstatt genetische Sequenzen zu vergleichen, die instabil sind und sich im Laufe der Zeit schnell ändern, suchten sie nach Hinweisen auf vergangene Ereignisse in den dreidimensionalen strukturellen Domänen von Proteinen. Diese als Falten bezeichneten Strukturmotive sind relativ stabile molekulare Fossilien, die - wie die Fossilien von menschlichen oder tierischen Knochen - Hinweise auf uralte evolutionäre Ereignisse liefern, so Gustavo Caetano-Anollés, Professor am Institut für Genombiologie der Universität von Illinois Analyse.
Universität von Illinois Pflanzenwissenschaften und Institut für Genombiologie Professor Gustavo Caetano-Anollés | Bildnachweis: L. Brian Stauffer.
"Genau wie Paläontologen betrachten wir die Teile des Systems und wie sie sich im Laufe der Zeit verändern", sagte Caetano-Anollés. Einige Proteinfalten treten nur in einer Gruppe oder in einer Untergruppe von Organismen auf, während andere allen bisher untersuchten Organismen gemeinsam sind.
"Wir gehen von einer sehr grundlegenden Annahme aus, dass Strukturen, die häufiger und in mehreren Gruppen auftreten, die ältesten Strukturen sind", sagte er.
Die meisten Versuche, die Verwandtschaft aller Lebewesen zu dokumentieren, ließen Viren aus der Gleichung heraus, sagte Caetano-Anollés.
"Wir haben den letzten gemeinsamen universellen Vorfahren immer durch Vergleichen von Zellen betrachtet", sagte er. „Wir haben nie Viren hinzugefügt. Also haben wir Viren in die Mischung aufgenommen, um zu sehen, woher diese Viren stammen. “
Die Forscher führten eine Zählung aller Proteinfalten durch, die in mehr als 1.000 Organismen vorkommen, die Bakterien, Viren, die als Archaeen bekannten Mikroben und alle anderen Lebewesen darstellen. Die Forscher schlossen Riesenviren ein, weil diese Viren groß und komplex sind und mit den Genomen der einfachsten Bakterien konkurrieren - und in einigen Fällen diese übertreffen -, sagte Caetano-Anollés.
"Die riesigen Viren haben eine unglaubliche Maschinerie, die der Maschinerie in einer Zelle sehr ähnlich zu sein scheint", sagte er. "Sie sind komplex und wir müssen erklären, warum."
Ein Teil dieser Komplexität umfasst Enzyme, die an der Umsetzung des genetischen Codes in Proteine beteiligt sind, sagte er. Die Wissenschaftler waren erschrocken, als sie diese Enzyme in Viren fanden, da den Viren alle anderen bekannten proteinbildenden Maschinen fehlen und sie die Wirtsproteine kommandieren müssen, um die Arbeit für sie zu erledigen.
In der neuen Studie kartierten die Forscher die evolutionären Beziehungen zwischen der Proteinausstattung von Hunderten von Organismen und verwendeten die Informationen, um einen neuen universellen Lebensbaum zu erstellen, der Viren enthielt. Der resultierende Baum hatte vier klar differenzierte Äste, die jeweils eine unterschiedliche „Supergruppe“ darstellten. Die riesigen Viren bildeten neben Bakterien, Archaeen und Eukarya (Pflanzen, Tiere und alle anderen Organismen mit kernhaltigen Zellen) den vierten Ast des Baumes.
Die Forscher entdeckten, dass viele der ältesten Proteinfalten - die in den meisten zellulären Organismen gefunden wurden - auch in den riesigen Viren vorhanden waren. Dies deutet darauf hin, dass diese Viren ziemlich früh in der Evolution in der Nähe der Wurzel des Lebensbaums aufgetreten sind, sagte Caetano-Anollés.
Die neue Analyse fügt den Beweis hinzu, dass Riesenviren ursprünglich viel komplexer waren als heute und mit der Zeit eine dramatische Verringerung ihres Genoms erlebten, sagte Caetano-Anollés. Diese Verringerung erklärt wahrscheinlich ihre mögliche Annahme eines parasitären Lebensstils, sagte er. Er und seine Kollegen schlagen vor, dass Riesenviren eher ihren ursprünglichen Vorfahren ähneln als kleinere Viren mit reduzierten Genomen.
Die Forscher stellten auch fest, dass Viren anscheinend die wichtigsten "Informationsverbreiter" sind, so Caetano-Anollés.
"Die Proteinstrukturen, die andere Organismen mit Viren teilen, haben eine besondere Qualität. Sie sind (weiter) verbreitet als andere Strukturen", sagte er. „Jede einzelne dieser Strukturen ist eine unglaubliche Entdeckung in der Evolution. Und Viren verbreiten diese Neuheit “, sagte er.
Die meisten Studien über Riesenviren weisen "in die gleiche Richtung", sagte Caetano-Anollés. "Und diese Studie bietet mehr Beweise dafür, dass Viren in das Gewebe des Lebens eingebettet sind."
Über die University of Illinois