اكتشافات علم الفيروسات يمكن أن تغير علم الأحياء

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

الفيروسات صغيرة ولكنها "كائنات قوية بشكل لا يصدق" والتي بدونها لن نعيش. تأثيرها على كوكبنا لا يمكن إنكاره. من السهل العثور عليها ، يواصل العلماء تحديد أنواع الفيروسات التي لم تكن معروفة من قبل. لكن ما مقدار ما نعرفه عنهم؟ كيف نعرف أيهما يجب التحقيق فيه أولاً؟

فيروس كورونا SARS-CoV-2 هو مجرد واحد من عدة ملايين من الفيروسات التي تعيش على كوكبنا. يتعرف العلماء بسرعة على العديد من الأنواع الجديدة.

بحثت مايا بريتبارت عن فيروسات جديدة في أكوام النمل الأبيض الإفريقية ، والفقمة القطبية الجنوبية والبحر الأحمر. ولكن ، كما اتضح ، للعثور على أي شيء حقًا ، كان عليها فقط النظر في حديقة منزلها في فلوريدا. هناك ، حول المسبح ، يمكنك أن تجد عناكب شبكة الجرم السماوية من الأنواع Gasteracantha cancriformis.

لديهم لون مشرق وأجسام بيضاء مستديرة ، تظهر عليها بقع سوداء وستة أشواك قرمزية ، على غرار سلاح غريب من العصور الوسطى. لكن داخل أجساد هذه العناكب ، كانت مايا برايتبرت في حالة مفاجأة: عندما كانت برايتبارت ، الخبيرة في علم البيئة الفيروسية بجامعة جنوب فلوريدا في سانت ، غير معروفة للعلم.

كما تعلمون ، منذ عام 2020 ، انشغلنا نحن الناس العاديين بفيروس واحد فقط خطير بشكل خاص معروف للجميع الآن ، ولكن هناك العديد من الفيروسات الأخرى التي لم يتم اكتشافها بعد. وفقا للعلماء ، حوالي 10³¹جسيمات فيروسية مختلفة ، وهي عشرة مليارات ضعف العدد التقريبي للنجوم في الكون المرئي.

من الواضح الآن أن النظم البيئية والكائنات الفردية تعتمد على الفيروسات. الفيروسات مخلوقات صغيرة ، لكنها قوية بشكل لا يصدق ، لقد سرعت التطور التطوري على مدى ملايين السنين ، بمساعدتهم ، تم نقل الجينات بين الكائنات الحية المضيفة. تعيش الفيروسات في محيطات العالم ، وتشريح الكائنات الحية الدقيقة ، وإلقاء محتوياتها في البيئة المائية وإثراء شبكة الغذاء بالمغذيات. يقول عالم الفيروسات كورتيس ساتل من جامعة كولومبيا البريطانية في فانكوفر بكندا: "لم نكن لننجو بدون الفيروسات".

وجدت اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات (ICTV) أنه يوجد في الوقت الحالي 9،110 نوعًا منفصلاً من الفيروسات في العالم ، ولكن من الواضح أن هذا يمثل جزءًا صغيرًا من إجماليها. ويرجع ذلك جزئيًا إلى حقيقة أن التصنيف الرسمي للفيروسات في الماضي كان يتطلب من العلماء زراعة الفيروس في الكائن الحي المضيف أو خلاياه ؛ هذه العملية تستغرق وقتًا طويلاً وقد تبدو أحيانًا معقدة بشكل غير واقعي.

السبب الثاني هو أنه في سياق البحث العلمي ، كان التركيز على العثور على تلك الفيروسات التي تسبب الأمراض للإنسان أو في الكائنات الحية الأخرى التي لها قيمة معينة للإنسان ، على سبيل المثال ، تتعلق حيوانات المزرعة والمحاصيل.

ومع ذلك ، وكما ذكّرنا جائحة كوفيد -19 ، من المهم دراسة الفيروسات التي يمكن أن تنتقل من كائن حي مضيف إلى آخر ، وهذا بالتحديد هو الخطر الذي يهدد الإنسان ، وكذلك الحيوانات الأليفة أو المحاصيل.

على مدى العقد الماضي ، ارتفع عدد الفيروسات المعروفة بشكل كبير بسبب التحسينات في تقنية الكشف ، وأيضًا بسبب التغيير الأخير في قواعد التعرف على أنواع الفيروسات الجديدة ، مما جعل من الممكن اكتشاف الفيروسات دون الحاجة إلى زراعتها. كائن حي مضيف.

إحدى الطرق الأكثر شيوعًا هي علم الميتاجينوميات. يسمح للعلماء بجمع عينات من الجينوم من البيئة دون الحاجة إلى زراعتها. أضافت التقنيات الجديدة ، مثل تسلسل الفيروسات ، المزيد من أسماء الفيروسات إلى القائمة ، بما في ذلك بعض الفيروسات المنتشرة على نطاق واسع بشكل مدهش ولكنها لا تزال مخفية إلى حد كبير عن العلماء.

تقول مايا برايتبارت: "لقد حان الوقت الآن لإجراء هذا النوع من البحث". - أعتقد أنه من نواحٍ عديدة ، حان الوقت الآن للـ virome [virome - جمع جميع الفيروسات التي تميز كائن حي فردي - تقريبًا. الترجمة.] ".

في عام 2020 وحده ، أضاف ICTV 1044 نوعًا جديدًا إلى قائمته الرسمية للفيروسات ، مع وجود آلاف الفيروسات الأخرى في انتظار الوصف ولم يتم الكشف عن اسمها حتى الآن. دفع ظهور مثل هذا التنوع الكبير من الجينومات علماء الفيروسات إلى إعادة التفكير في طريقة تصنيف الفيروسات وساعد في توضيح عملية تطورها. هناك دليل قوي على أن الفيروسات لم تنشأ من مصدر واحد ، لكنها حدثت عدة مرات.

ومع ذلك ، فإن الحجم الحقيقي للمجتمع الفيروسي العالمي غير معروف إلى حد كبير ، وفقًا لعالم الفيروسات جينس كون من المعهد الوطني الأمريكي للحساسية والأمراض المعدية (NIAID) في فورت ديتريك بولاية ماريلاند: "ليس لدينا حقًا أي فكرة عن حدوث ذلك."

في كل مكان وفي كل مكان

أي فيروس له خاصيتان: أولاً ، يتم وضع جينوم كل فيروس في غلاف بروتيني ، وثانيًا ، يستخدم كل فيروس كائنًا مضيفًا غريبًا - سواء كان رجلاً أو عنكبوتًا أو نباتًا - بغرض تكاثره. لكن هناك اختلافات لا حصر لها في هذا المخطط العام.

على سبيل المثال ، تحتوي فيروسات السيروفيروس الصغيرة على جينين أو ثلاثة جينات فقط ، بينما تمتلك فيروسات ميميفيروس الضخمة ، التي هي أكبر من بعض البكتيريا ، مئات الجينات.

على سبيل المثال ، هناك عاثيات تشبه إلى حد ما جهاز الهبوط على القمر - هذه العاثيات تصيب البكتيريا. وبالطبع ، في الوقت الحاضر ، يعرف الجميع عن الكرات القاتلة المرصعة بالأشواك ، والتي أصبحت صورها الآن مألوفة بشكل مؤلم ، ربما ، لكل شخص في أي بلد في العالم. وللفيروسات أيضًا هذه الميزة: تخزن مجموعة واحدة من الفيروسات الجينوم الخاص بها في شكل DNA ، بينما تخزن الأخرى - في شكل RNA.

حتى أن هناك عاثرة تستخدم أبجدية جينية بديلة ، حيث يتم استبدال القاعدة النيتروجينية A في نظام ACGT الكنسي بجزيء آخر محدد بالحرف Z [يرمز الحرف A إلى القاعدة النيتروجينية "الأدينين" ، وهي جزء من النواة الأحماض (DNA و RNA) ؛ ACGT- القواعد النيتروجينية التي تتكون منها الدنا وهي: أ - الأدينين ، ج - السيتوزين ، G - الجوانين ، T - الثايمين ، - تقريبًا. ترجمة.].

الفيروسات منتشرة في كل مكان وفضولية لدرجة أنها يمكن أن تظهر حتى لو لم يبحث العلماء عنها. لذلك ، على سبيل المثال ، لم يكن فريدريك شولز ينوي دراسة الفيروسات على الإطلاق ، ومجال بحثه العلمي هو تسلسل الجينومات من مياه الصرف الصحي. كطالب دراسات عليا في جامعة فيينا ، استخدم شولتز علم الميتاجينوميات لإيجاد البكتيريا في عام 2015. باستخدام هذا النهج ، يقوم العلماء بعزل الحمض النووي من مجموعة من الكائنات الحية ، وطحنها إلى قطع صغيرة ، وتسلسلها. ثم يقوم برنامج كمبيوتر بتجميع الجينومات الفردية من هذه القطع. يذكرنا هذا الإجراء بتجميع عدة مئات من الألغاز دفعة واحدة من أجزاء منفصلة مختلطة مع بعضها البعض.

من بين الجينومات البكتيرية ، لم يستطع شولتز إلا أن يلاحظ جزءًا كبيرًا من الجينوم الفيروسي (على ما يبدو لأن هذه القطعة تحتوي على جينات غلاف فيروسية) ، والتي تضمنت 1.57 مليون زوج قاعدي. تبين أن هذا الجينوم الفيروسي عملاق ، فقد كان جزءًا من مجموعة فيروسات ، أعضاؤها فيروسات عملاقة في كل من حجم الجينوم والأبعاد المطلقة (عادة بقطر 200 نانومتر أو أكثر).يصيب هذا الفيروس الأميبات والطحالب وغيرها من الأوليات ، وبالتالي يؤثر على النظم البيئية المائية ، وكذلك النظم البيئية على الأرض.

قرر فريدريك شولتز ، عالم الأحياء الدقيقة في معهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في بيركلي ، كاليفورنيا ، البحث عن الفيروسات ذات الصلة في قواعد البيانات الميتاجينومية. في عام 2020 ، وصف شولتز وزملاؤه في مقالهم أكثر من ألفي جينوم من المجموعة التي تحتوي على فيروسات عملاقة. تذكر أنه في السابق ، تم تضمين 205 فقط من هذه الجينومات في قواعد البيانات المتاحة للجمهور.

بالإضافة إلى ذلك ، كان على علماء الفيروسات أيضًا البحث داخل جسم الإنسان بحثًا عن أنواع جديدة. قام أخصائي المعلوماتية الحيوية الفيروسية لويس كاماريلو غيريرو Luis Camarillo-Guerrero ، مع زملائه من معهد Senger في Hinkston (المملكة المتحدة) ، بتحليل metagenomes المعوية البشرية وإنشاء قاعدة بيانات تحتوي على أكثر من 140،000 نوع من العاثيات. أكثر من نصفهم غير معروفين للعلم.

تزامنت الدراسة المشتركة التي أجراها العلماء ، والتي نُشرت في فبراير ، مع اكتشافات علماء آخرين بأن إحدى مجموعات الفيروسات الأكثر شيوعًا التي تصيب بكتيريا الأمعاء البشرية هي مجموعة تعرف باسم crAssphage (سميت على اسم برنامج التجميع المتقاطع الذي اكتشفها في عام 2014). على الرغم من وفرة الفيروسات الممثلة في هذه المجموعة ، لا يعرف العلماء سوى القليل عن كيفية مشاركة فيروسات هذه المجموعة في الميكروبيوم البشري ، كما تقول كاماريلو-غيريرو ، التي تعمل الآن في شركة إلومينا لتسلسل الحمض النووي (تقع إلومينا في كامبريدج ، المملكة المتحدة).

اكتشفت Metagenomics العديد من الفيروسات ، ولكن في الوقت نفسه ، تتجاهل metagenomics العديد من الفيروسات. في الميتاجينومات النموذجية ، لا يتم تسلسل فيروسات الحمض النووي الريبي ، لذلك بحث عالم الأحياء الدقيقة كولين هيل من الجامعة الوطنية الأيرلندية في كورك بأيرلندا وزملاؤه عنها في قواعد بيانات الحمض النووي الريبي تسمى النسخ الوصفية.

عادة ما يشير العلماء إلى هذه البيانات عند دراسة الجينات في مجموعة سكانية ، أي تلك الجينات التي يتم تحويلها بنشاط إلى رسول RNA [messenger RNA (أو mRNA) تسمى أيضًا messenger RNA (mRNA) - تقريبًا. ترجمة.] تشارك في إنتاج البروتينات. ولكن يمكن أيضًا العثور على جينومات فيروسات الحمض النووي الريبي هناك. باستخدام تقنيات حسابية لاستخراج تسلسل من البيانات ، وجد الفريق 1015 جينومًا فيروسيًا في metatrancryptomes من عينات الطمي والمياه. بفضل عمل العلماء ، زادت المعلومات المتعلقة بالفيروسات المعروفة بشكل ملحوظ بعد ظهور مقال واحد فقط.

بفضل هذه الأساليب ، من الممكن جمع جينومات غير موجودة في الطبيعة عن طريق الخطأ ، ولكن لمنع ذلك ، تعلم العلماء استخدام طرق التحكم. ولكن هناك نقاط ضعف أخرى أيضًا. على سبيل المثال ، من الصعب للغاية عزل أنواع معينة من الفيروسات ذات التنوع الجيني الكبير ، حيث يصعب على برامج الكمبيوتر تجميع تسلسلات جينية متباينة معًا.

هناك طريقة بديلة تتمثل في تسلسل كل جينوم فيروسي على حدة ، كما فعل عالم الأحياء الدقيقة مانويل مارتينيز جارسيا من جامعة أليكانتي في إسبانيا. بعد تمرير مياه البحر عبر المرشحات ، قام بعزل بعض الفيروسات المعينة ، وقام بتضخيم حمضها النووي ومضى إلى التسلسل.

بعد المحاولة الأولى ، وجد 44 جينومًا. اتضح أن أحدهم هو أحد أكثر الفيروسات شيوعًا التي تعيش في المحيط. يمتلك هذا الفيروس تنوعًا جينيًا كبيرًا (أي الأجزاء الجينية لجزيئاته الفيروسية مختلفة تمامًا في الجسيمات الفيروسية المختلفة) بحيث لم يظهر جينومه مطلقًا في أبحاث الميتاجينوميات. أطلق عليها العلماء اسم "37-F6" بسبب موقعها على طبق معمل.ومع ذلك ، مازحا مارتينيز جارسيا ، بالنظر إلى قدرة الجينوم على الاختباء في مرأى من الجميع ، كان يجب تسميته 007 على اسم العميل الخارق جيمس بوند.

أشجار عائلة الفيروسات

لا تحمل فيروسات المحيطات ، السرية مثل جيمس بوند ، اسمًا لاتينيًا رسميًا ، كما هو الحال بالنسبة لمعظم آلاف الجينومات الفيروسية التي تم اكتشافها خلال العقد الماضي باستخدام علم الجينوميات. طرحت هذه التسلسلات الجينومية سؤالًا صعبًا على ICTV: هل يكفي جينوم واحد لتسمية الفيروس؟ حتى عام 2016 ، كان الترتيب التالي موجودًا: إذا اقترح العلماء أي نوع جديد من الفيروسات أو المجموعة التصنيفية لـ ICTV ، فعندئذٍ ، مع استثناءات نادرة ، كان من الضروري توفير هذا الفيروس في الثقافة ، ليس فقط هذا الفيروس ، ولكن أيضًا الكائن الحي المضيف. لكن في عام 2016 ، بعد نقاش حاد ، اتفق علماء الفيروسات على أن جينوم واحد سيكون كافياً.

بدأت تطبيقات الفيروسات ومجموعات الفيروسات الجديدة في الوصول. لكن العلاقات التطورية بين هذه الفيروسات ظلت في بعض الأحيان غير واضحة. عادةً ما يصنف علماء الفيروسات الفيروسات بناءً على شكلها (على سبيل المثال ، "طويلة" ، "رفيعة" ، "رأس وذيل") أو بناءً على جينوماتها (DNA أو RNA ، فردي أو مزدوج تقطعت بهم السبل) ، لكن هذه الخصائص لا تخبرنا كثيرًا بشكل مدهش. حول أصلهم المشترك. على سبيل المثال ، يبدو أن الفيروسات التي تحتوي على جينومات DNA مزدوج الشريطة قد نشأت في أربع حالات مختلفة على الأقل.

التصنيف الأولي لفيروسات ICTV (مما يعني أن شجرة الفيروسات وشجرة أشكال الحياة الخلوية موجودة بشكل منفصل عن بعضها البعض) شمل فقط الخطوات السفلية للتسلسل الهرمي التطوري ، بدءًا من الأنواع والأجناس إلى المستوى الذي ، وفقًا لـ تصنيف الحياة متعددة الخلايا ، يعادل الرئيسيات أو الصنوبريات. لم تكن هناك مستويات أعلى من التسلسل الهرمي التطوري للفيروسات. وتوجد العديد من عائلات الفيروسات في عزلة ، دون أي صلة بأنواع الفيروسات الأخرى. لذلك ، في عام 2018 ، أضاف ICTV مستويات ترتيب أعلى لتصنيف الفيروسات: الفئات والأنواع والعوالم.

في قمة تصنيف الفيروسات ، وضع ICTV مجموعات تسمى "العوالم" (العوالم) ، وهي نظائر لـ "المجالات" لأشكال الحياة الخلوية (البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى) ، أي يستخدم ICTV كلمة مختلفة للتمييز بين الشجرتين. (قبل عدة سنوات ، اقترح بعض العلماء أن بعض الفيروسات يمكن أن تتناسب على الأرجح مع شجرة أشكال الحياة الخلوية ؛ لكن هذه الفكرة لم تحظ بموافقة واسعة النطاق).

حدد ICTV فروع شجرة الفيروس وخصص فيروسات RNA لمنطقة تسمى Riboviria ؛ بالمناسبة ، جزء من هذه المنطقة هو فيروس SARS-CoV-2 وفيروسات كورونا الأخرى ، التي تكون جينوماتها من الحمض النووي الريبي وحيدة الشريطة. ولكن بعد ذلك ، كان على المجتمع الواسع من علماء الفيروسات اقتراح مجموعات تصنيفية إضافية. لقد حدث فقط أن عالم الأحياء التطورية يوجين كونين من المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية في بيثيسدا بولاية ماريلاند ، جمع فريقًا من العلماء للتوصل إلى طريقة أولى لتصنيف الفيروسات. تحقيقا لهذه الغاية ، قرر كونين تحليل جميع الجينومات الفيروسية ، وكذلك نتائج الدراسات على البروتينات الفيروسية.

أعادوا تنظيم منطقة Riboviria واقترحوا ثلاثة عوالم أخرى. قال كونين إنه كانت هناك خلافات حول بعض التفاصيل ، ولكن في عام 2020 تمت الموافقة على التنظيم من قبل أعضاء ICTV دون صعوبة كبيرة. حصل عالمان آخران على الضوء الأخضر في عام 2021 ، وفقًا لكونين ، لكن من المرجح أن تظل الممالك الأربعة الأصلية هي الأكبر. في النهاية ، يقترح كونين أن عدد العوالم قد يصل إلى 25.

يؤكد هذا الرقم شكوك العديد من العلماء: ليس للفيروسات سلف مشترك. يقول كونين: "لا يوجد سلف واحد لجميع الفيروسات". "إنه غير موجود". هذا يعني أن الفيروسات ظهرت على الأرجح عدة مرات على مدار تاريخ الحياة على الأرض.وبالتالي ، ليس لدينا سبب للقول إن الفيروسات لا يمكن أن تظهر مرة أخرى. يقول عالم الفيروسات مارت كروبوفيتش من معهد باستير في باريس ، الذي شارك في صنع القرار في ICTV والعمل البحثي لمجموعة كونين حول التنظيم المنهجي: "تظهر فيروسات جديدة باستمرار في الطبيعة".

لدى علماء الفيروسات عدة فرضيات حول أسباب العوالم. ربما نشأت العوالم من عناصر وراثية مستقلة في فجر الحياة على كوكب الأرض ، حتى قبل أن تتشكل الخلايا. أو ربما تركوا خلايا كاملة ، "هربوا" منهم ، تاركين معظم الآليات الخلوية للحفاظ على وجودهم عند الحد الأدنى. يؤيد كونين وكروبوفيتش الفرضية الهجينة ، والتي بموجبها "سرقت" هذه العناصر الجينية الأولية المادة الوراثية من الخلية من أجل تكوين جزيئات فيروسية. نظرًا لوجود العديد من الفرضيات حول أصل الفيروسات ، فمن المحتمل تمامًا وجود العديد من الطرق لظهورها ، كما يقول عالم الفيروسات جينس كون ، الذي عمل في لجنة ICTV على اقتراح لتنظيم جديد للفيروسات.

على الرغم من حقيقة أن الأشجار الفيروسية والخلوية مختلفة ، فإن فروعها لا تلمس فحسب ، بل تتبادل الجينات أيضًا. إذن أين يجب تصنيف الفيروسات - متحركة أم جماد؟ تعتمد الإجابة على كيفية تعريفك لـ "على قيد الحياة". كثير من العلماء لا يعتبرون الفيروس كائناً حياً بينما يعارضه آخرون. يقول هيرويوكي أوغاتا ، عالم المعلوماتية الحيوية ، الذي يبحث عن الفيروسات في جامعة كيوتو باليابان: "أميل إلى الاعتقاد بأنهم على قيد الحياة". "إنها تتطور ولديها مادة وراثية مصنوعة من DNA و RNA. وهم عامل مهم للغاية في تطور جميع الكائنات الحية ".

التصنيف الحالي مقبول على نطاق واسع ويمثل المحاولة الأولى لتعميم مجموعة متنوعة من الفيروسات ، على الرغم من أن بعض علماء الفيروسات يعتقدون أنه غير دقيق إلى حد ما. لا تزال عشرات عائلات الفيروسات ليس لها صلة بأي مجال. يضيف عالم الأحياء الدقيقة مانويل مارتينيز جارسيا: "الخبر السار هو أننا نحاول على الأقل وضع بعض النظام في هذه الفوضى".

لقد غيروا العالم

الكتلة الإجمالية للفيروسات التي تعيش على الأرض تعادل 75 مليون حوت أزرق. العلماء واثقون من أن الفيروسات تؤثر على شبكات الغذاء والنظم البيئية وحتى الغلاف الجوي لكوكبنا. وفقًا لمتخصص علم الفيروسات البيئي ماثيو سوليفان من جامعة ولاية أوهايو في كولومبوس ، يكتشف العلماء بشكل متزايد أنواعًا جديدة من الفيروسات ، حيث "يكتشف الباحثون طرقًا لم تكن معروفة من قبل يمكن للفيروسات أن يكون لها تأثير مباشر على النظم البيئية." يحاول العلماء تحديد هذا التعرض الفيروسي.

يقول هيرويوكي أوغاتا: "في الوقت الحالي ليس لدينا أي تفسير بسيط للظواهر التي تحدث".

في محيطات العالم ، يمكن للفيروسات أن تترك الميكروبات المضيفة لها ، وتطلق الكربون ، والذي ستعيد تدويره كائنات أخرى تأكل الدواخل من هذه الميكروبات المضيفة ثم تطلق ثاني أكسيد الكربون. لكن في الآونة الأخيرة ، توصل العلماء أيضًا إلى استنتاج مفاده أن الخلايا المتفجرة غالبًا ما تتكتل وتغرق في قاع محيطات العالم ، مما يؤدي إلى احتواء الكربون من الغلاف الجوي.

قال ماثيو سوليفان إن ذوبان التربة الصقيعية على الأرض هو المصدر الرئيسي لتوليد الكربون ، ويبدو أن الفيروسات تساعد في إطلاق الكربون من الكائنات الحية الدقيقة في هذه البيئة. في عام 2018 ، وصف سوليفان وزملاؤه 1،907 جينومًا فيروسيًا وشظاياها التي تم جمعها أثناء ذوبان الجليد الدائم في السويد ، بما في ذلك جينات البروتينات التي يمكن أن تؤثر بطريقة ما على عملية تحلل مركبات الكربون ، وربما عملية تحولها إلى غازات دفيئة..

يمكن للفيروسات أن تؤثر على الكائنات الحية الأخرى أيضًا (على سبيل المثال ، خلط جينوماتها).على سبيل المثال ، تحمل الفيروسات جينات مقاومة المضادات الحيوية من بكتيريا إلى أخرى ، وقد تسود السلالات المقاومة للأدوية في النهاية. وفقًا لـ Luis Camarillo-Guerrero ، بمرور الوقت ، يمكن أن يتسبب نقل الجينات هذا في تحولات تطورية خطيرة في مجموعة سكانية معينة - وليس فقط في البكتيريا. وبالتالي ، وفقًا لبعض التقديرات ، فإن 8 ٪ من الحمض النووي البشري من أصل فيروسي. لذلك ، على سبيل المثال ، كان الفيروس هو الذي تلقى أسلافنا من الثدييات الجين الضروري لتطور المشيمة.

سيحتاج العلماء إلى أكثر من مجرد جينوماتهم لحل العديد من الأسئلة المتعلقة بسلوك الفيروسات. من الضروري أيضًا العثور على مضيفي الفيروس. في هذه الحالة ، يمكن تخزين الدليل في الفيروس نفسه: يمكن للفيروس ، على سبيل المثال ، أن يحتوي على جزء يمكن التعرف عليه من المادة الجينية للمضيف في جينومه.

استخدم عالم الأحياء الدقيقة مانويل مارتينيز جارسيا وزملاؤه جينوم الخلية الواحدة لتحديد الميكروبات التي تحتوي على فيروس 37-F6 المكتشف مؤخرًا. الكائن الحي المضيف لهذا الفيروس هو بكتيريا Pelagibacter ، وهي واحدة من أكثر الكائنات البحرية انتشارًا وتنوعًا. في بعض مناطق محيطات العالم ، تمثل Pelagibacter ما يقرب من نصف جميع الخلايا التي تعيش في مياهها. إذا اختفى فيروس 37-F6 فجأة ، يستمر مارتينيز جارسيا ، فإن حياة الكائنات المائية سوف تتعطل بشدة.

يحتاج العلماء إلى معرفة كيف يغير مضيفه للحصول على صورة كاملة لتأثير فيروس معين ، تشرح عالمة البيئة التطورية ألكسندرا ووردن من مركز علوم المحيطات. هيلمهولتز (GEOMAR) في كيل ، ألمانيا. يدرس واردن فيروسات عملاقة تحمل جينات لبروتين فلوري يسمى رودوبسين.

من حيث المبدأ ، يمكن أن تكون هذه الجينات مفيدة أيضًا للكائنات المضيفة ، على سبيل المثال ، لأغراض مثل نقل الطاقة أو إرسال الإشارات ، ولكن لم يتم تأكيد هذه الحقيقة بعد. من أجل معرفة ما يحدث لجينات رودوبسين ، تخطط ألكسندرا فوردين لزراعة الكائن الحي المضيف (المضيف) مع الفيروس من أجل دراسة آلية عمل هذا الزوج (الفيروس المضيف) ، متحدًا في مجمع واحد - "فيروسيل".

يضيف واردن: "فقط من خلال بيولوجيا الخلية يمكنك معرفة الدور الحقيقي لهذه الظاهرة وكيف تؤثر بالضبط على دورة الكربون".

في منزلها في فلوريدا ، لم تزرع مايا برايتبارت فيروسات معزولة عن العناكب Gasteracantha cancriformis ، لكنها تمكنت من معرفة شيء أو اثنين عنها. ينتمي الفيروسان المجهولان سابقًا الموجودان في هذه العناكب إلى المجموعة التي وصفها Brightbart بأنها "مذهلة" - وكل ذلك بسبب جينومها الصغير: الأول يشفر الجين الخاص بغلاف البروتين ، والثاني - الجين الخاص ببروتين النسخ.

نظرًا لأن أحد هذه الفيروسات موجود فقط في جسم العنكبوت ، ولكن ليس في ساقيه ، يعتقد Brightbart أن وظيفته في الواقع هي إصابة الفريسة ، التي يأكلها العنكبوت لاحقًا. يمكن العثور على الفيروس الثاني في مناطق مختلفة من جسم العنكبوت - في مخلب البيض والنسل - لذلك يعتقد برايت بارت أن هذا الفيروس ينتقل من الوالدين إلى الأبناء. وفقًا لبرايتبارت ، فإن هذا الفيروس غير ضار للعنكبوت.

تقول مايا برايتبارت إن الفيروسات "في الواقع أسهل من حيث العثور عليها". يصعب تحديد الآلية التي تؤثر بها الفيروسات على دورة حياة وبيئة الكائن الحي المضيف. لكن أولاً ، يجب أن يجيب علماء الفيروسات على أحد أصعب الأسئلة ، كما يذكرنا برايتبارت: "كيف نعرف أي واحد يجب أن نتحرى عنه في البداية؟"