Nebuněčný život (život?)
Nebuněčný život (život?) • 1. viry • 2. viroidy (infekční RNA) • 3. satelity (subvirální infekční jednotky, jejichž replikace buňkou je zajištěna koinfekcí „pomocným virem“) • (a) satelitní viry • (b) satelitní nukleové kyseliny • (v kapsidě viru), např. virusoidy (RNA, ~350 nukleotidů, často ribozymy, redukované viroidy???) • (c) virofágy (sputnik, mavirus) • 4. plazmidy ... • 5. transposony • 6. priony
virus x plazmid (50 % genů odpovídá)
Lytický a lyzogenní cyklus virů • virus se nechá buňkou zreplikovat, vytvořit viriony a infikuje novou buňku, čímž tu původní ničí • virus se zapojí do buněčného chromosomu a replikuje se s ním (i natrvalo) provirus (profág)
Fágy • viry bakterií a archeí (různého typu a asi i původu) • nejpočetnější a nejpestřejší entity planety • 5×107 fágů na 1 ml mořské vody • významný vliv na globální biogeochemii: role při tvorbě sedimentů, ovlivňují cykly klíčových prvků (C, N, P, O)
Fotosystém sinic a cyanofágů
cyanofág zlikviduje fotosystém sinice a nahradí ho vlastním, který je vůči sinici nelítostný metabolismus virového původu
Diverzita virů
Průnik viru do buňky
Diverzita virů
dsDNA viry
•dvojřetězcová DNA, replikovaná DNA-dependentní DNA polymerázou • velmi různá organizace a délka genomu (herpesviry, bakuloviry, papilomaviry, kaudoviry) • morfologie konzervativnější než sekvence nukleotidů či genů?
ssDNA viry
• genom – jednořetězcová DNA • zřejmě velmi běžné, odhalovány až v poslední době (parvoviry, geminiviry, nanoviry) • replikace přes dsDNA, s využitím DNA polymerázy hostitele
dsRNA viry
• genom - dvouřetězcová RNA • velmi pestrá skupina, pokud jde o hostitele a organizaci genomu
(+)ssRNA viry
• (+) jednořetězcová RNA, genom funguje přímo jako mRNA • lidské patogeny (SARS, rýma, hepatitidy A a C, dětská obrna, nilská horečka, dengue, zarděnky)
(-)ssRNA viry
• (-) jednořetězcová RNA, při replikaci genomu využívají RNA-dependentní RNA polymerázu, pro výrobu komplementární mRNA • řada lidských patogenů (ebola, spalničky, příušnice, vzteklina, chřipka)
ssRNA-RT viry (retroviry)
• RNA viry, vytvářející DNA reverzní transkriptázou • vzniklá DNA se začlení do genomu hostitele s použitím integrázy a pak se množí s hostitelem
dsDNA-RT viry (pararetroviry)
• DNA viry s reverzní transkriptázou, replikace jde přes RNA a pak cDNA (hepatitida B)
Viry • jsou živé? – viriony jistě ne, živé jsou jenom v buňce (ale co symbionti? organely?) • mají časovou kontinuitu? – ne? (buňka vzniká z buňky, chloroplast z chloroplastu, ale virion nevzniká z virionu) • jsou monofyletické? – ne!!! • neexistuje ani jedna molekula, která by byla společná všem virům (x ribosomy buněčných organismů) • malý (obvykle žádný) překryv s genomy buněčných organismů + prakticky žádné fosilie • známe fylogenezi různých linií virů, ale netušíme, odkud pocházejí
Viry (a spol.) • problémy: • 1. extrémně rychlá molekulární evoluce • skrytá homologie (homologické geny nemusí být identifikovatelné) • x obvykle chybí i strukturální homologie proteinů • 2. extrémně malé genomy • 3. „krádeže genů“ (rekombinace, integrace do hostitelského genomu) • gen buněčného původu nemusí značit původ viru (kolagen v nimaviru, fotosystém II v cyanofágu, kus kuřecího chromosomu 19 v herpesviru ...) • x většina virových genů nemá jasné ortology v buňkách
Viry nejsou (jenom) viriony • kde se berou geny virového původu? • jistě nevznikají ve virionu, ale v napadené buňce (duplikace, rekombinace, transpozice ...) • viry jako specifické buněčné organismy („virové továrny“) • buňka po infekci virem už není ta původní buňka, původní genom je někdy zničen a buněčná struktura a metabolismus pozměněné (T4) buněčný organismus produkující virion • tento organismus ukradl buněčnou strukturu od původního organismu , který už je mrtev
Virobuňka • virová továrna mimiviru o velikosti hostitelského jádra a infikovaná „sputnikem“ ...
Viry • • • • •
původ? (a) zbytky předbuněčného života? (b) redukované buňky? (ale buňky čeho?) (c) vzbouřené skupiny genů (např. transpozony) není žádný důvod předpokládat jednotný původ – jejich struktura, genomy, strategie etc. jsou strašlivě variabilní
Koncepty původu virů
Fragmenty buněčného genomu, které se osamostatnily • retroviry? • příbuzné některým intronům a retrotransposonům • ALE • jsou retroviry vzbouřené retrotransposony, • anebo jsou retrotransposony ochočené retroviry?
Monofyletické linie virů a ultrasobeckých genetických elementů
Monofyletické linie virů • • • •
kapsidy několika strukturálních typů double β-barrel major capsid proteins HK97 fold ocasaté dsDNA viry bakterií a archeí + herpesviry eukaryot (struktura + sekvence) • toto dělení ale neodpovídá replikačním mechanismům
Patří část dsDNA virů k sobě? double β-barrel major capsid proteins
Monofyletické linie virů • 1. extrémně staré? (příslušníci linie parazitují na hostitelích ze všech domén) • 2. velmi diverzifikované (příslušníci linie mohou mít různé replikační strategie) • 3. mnohem diverzifikovanější než buněčné organismy • 4. žádné náznaky recentního původu ze vzbouřených genů • stejně staré nebo starší než LUCA???
Evoluce virů
???
Vznik eukaryot – nová fáze evoluce virů některé vlastnosti eukaryot mohou být virového původu
Původ virů eukaryot
Megaviry („giry“) = NCLDV
(nucleocytoplasmic large DNA viruses):
čtvrtá doména buněčného života?
Mimivirus (APMV) • 2003 – parazit Acanthamoeba (Amoebozoa) • původně považován za G+ bakterii • velikost genomu srovnatelná s bakteriemi (1,2 Mb, >900 genů, >450 unikátních, vlastní tRNA a aa-tRNA-syntetázy) • „nukleocytoplazmatický velký DNA virus“ (NCLDV) • zloději genů nebo živé fosilie? • čtvrtá skupina živých organismů (vedle bakterií, archeí a eukaryot)? – sesterská skupina eukaryot???
Mimivirus velikost genomu a virionu
Megavirus • ještě větší virus: kapsida 440 nm, genom 1259197 bp, 1 120 proteinů • blízký mimiviru, ale rozdíly v obsahu genů • 7 tRNA syntetáz (včetně IleRS, TrpRS, AsnRS)
Mamavirus & Sputnik • Sputnik: parazituje na mamaviru – nakažený mamavirus produkuje defektní viriony • Sputnik není klasický satelit (tj. dva viry fungující jen při společné infekci hostitele) • virofág • malý genom: geny unikátní, ale také z mamaviru, bakteriofágů a archeálních virů
Lentille virus • Acanthamoeba + Lentille virus + Sputnik 2 (i jako provirofág) + transpovirony (nově objevený typ TE uvnitř viru) • transpovirony dodatečně objevené i v jiných megavirech • extrémně složitý mobilom v amébách
Fylogeneze megavirů distanční strom – 0/1 ortologů informačních genů
Čtvrtá doména? • po aplikování realističtějších evolučních modelů na různé informační geny to spíš nevychází, ale ...
Bacteria Archaea Eukaryota NCLDV environment
Čtvrtá doména? • hluboko zakořeněné větve z přírodních vzorků ve stromech založených na recA (rekombináza) a rpoB (RNA polymeráza) ve všech buňkách a některých virech???
Pandoraviry (2013) • ještě větší virus (zase z akanthaméb), ale nepříbuzný megavirům • 2,500 genů (z toho 2,300 unikátních!) + unikátní způsob vzniku virionu • 14 z 30 „core“ genů megavirů (vč. DNA polymerázy)
Původ pandoravirů • nejasný – nepříbuzné ostatním obřím virům (x DNA polymerázy???) • x příbuzné malým dsDNA virům (Phycodnaviridae)?
