Een hybride virus

Er is in april van dit jaar in een meer (Boiling Springs Lake) een virus ontdekt dat uit DNA bestaat maar dat een gen bevat dat codeert voor de capside (of eiwitmantel) van een RNA-virus. Dit virus wordt beschouwd als een hybride. Deze vondst laat zien dat de grenzen tussen de verschillende typen virussen relatief makkelijk kunnen vervagen. Hoewel het ontstaan van dit virus in het bijzonder relatief recent is, geeft het wel een concreet voorbeeld van hoe de conversie van “RNA-wereld” naar de “DNA-wereld” mogelijk is geweest.

Een retrovirus

Er bestaan drie grote indelingen van virussen. De DNA-virussen, de RNA-virussen en de retrovirussen. Tot nu toe waren deze groepen duidelijk verschillend. DNA-virussen kunnen enkelstrengs of dubbelstrengs zijn. Na infectie gebruiken deze virussen de DNA-polymerase van de cel om nieuwe kopieën van zichzelf te maken. RNA-virussen doen hetzelfde en maken gebruik van de RNA-polymerase van de cel om zich te vermenigvuldigen. Retrovirussen daarentegen bestaan uit RNA dat wordt ‘teruggezet’ in DNA. Dit gebeurt door middel van de door het virus gecodeerde reverse transcriptase; een enzym dat RNA omzet in DNA. Dit DNA wordt daarna in het DNA van de gastcel gezet en kan daar korter of langer verblijven voordat het weer getranscribeerd wordt in vele RNA-kopieën.

Het gevonden hybride virus (BSL-RDHV) bestaat uit enkelstrengs DNA en bevat een gen dat codeert voor de capside van een RNA-virus. Er wordt verondersteld dat er ooit infectie geweest is van een enkele gastcel met zowel een DNA-virus, een RNA- virus en een retrovirus. Daarbij is een stukje RNA dat voor het capside van dat virus codeerde omgezet in DNA en in het DNA van een DNA-virus terecht gekomen. Het is hoe dan ook genoeg dat er reverse transcriptases aanwezig waren om dit RNA om te zetten in DNA.

De drie virussen, drie domeinen theorie. Gestippelde lijnen geven RNA cellijnen aan en vette lijnen geven DNA cellijnen aan. FvA, FvB en FvE zijn de grondlegger virussen voor Archaea, Bacteriën en Eukarya resp.

Dit hybride virus is ook interessant binnen de discussie over de RNA / DNA / proteïne-wereld. Lang voordat deze vondst gedaan werd beschreef Patrick Forterre al een scenario over de passage van een RNA-wereld naar een DNA-wereld (zie een voorgaand blog daarover). De RNA-wereld is een hypothetische wereld waarin de eerste replicators RNA moleculen waren. Deze wereld wordt door vele wetenschappers als een onvermijdelijke stap in de evolutie naar leven gezien. Om te verklaren hoe deze wereld vervolgens gebruik ging maken van DNA heeft Forterre een model geschetst waarin de eerste protocellen die gebruik maakten van RNA, geïnfecteerd werden door DNA-virussen. Op deze manier zou LUCA (Last Universal Common Ancestor) geïnfecteerd geraakt zijn met drie DNA-virussen die de grondleggers vormden voor de drie domeinen van het leven, bacteria, archaea en eucarya.

Voor wie nieuwsgierig is naar wat Eugene Koonin en Patrick Forterre er over te zeggen hebben zie ook de reviews onderaan het artikel in Biology Direct.

Uit: BiologyDirect, NatureNews.

LUCA en virussen

We zijn gewend te denken aan een boom van leven waarin er bij de stam ‘lage’ organismen voorkomen en bovenaan ‘hogere’ organismen. Zo maken velen nog de fout te beweren dat wij van de aap afstammen, terwijl wij afstammen van een gemeenschappelijke voorouder met de aap. De aap is dus net zo ‘ver’ geëvolueerd als wij mensen. Dit geldt ook voor onze afstamming van de eerste ééncellige. Vaak wordt er gedacht dat alle levende organismen afstammen van een bacterie zoals we die nu kennen. Nu is er een groep Franse wetenschappers die al sinds enige jaren hypothesen formuleert over de wortel van de boom van het leven. Onze laatste gemeenschappelijke voorouder (LUCA; last universal common ancestor) zou niet een bacterie zijn, maar een protoeukaryote. Deze hypothetische cel bevatte een kern met RNA.

 

De hoofddomeinen van het leven bestaan uit prokaryoten (bacteriën en Archaea) en eukaryoten. De prokaryoten (= ‘vóór’ de celkern) hebben (nog) geen nucleus terwijl de eukaryoten (=’echte’ celkern) deze wel bezitten. Eukaryoten vormen alle ééncellige en meercellige organismen waarvan de cel een nucleus bevat, dat wil zeggen alle organismen die geen bacteriën of Archaea zijn. De term prokaryoten is volgens de auteurs gedateerd omdat de term prokaryoten suggereert dat deze laatste organismen vóór de eukaryoten leefden.

 

De drie virussen, drie domeinen theorie. Gestippelde lijnen geven RNA cellijnen aan en vette lijnen geven DNA cellijnen aan. FvA, FvB en FvE zijn de grondlegger virussen voor Archaea, Bacteriën en Eukarya resp. Uit artikel van Patrick Forterre (zie onderaan).

De hypothetische LUCA is volgens de auteurs een cel met een nucleus die in plaats van DNA zoals in alle tegenwoordige eukaryoten een kern met RNA bevatte. Deze hypothese is gebaseerd op de theorie van de RNA-wereld. Van deze protoeukaryoten stammen de eukaryoten en de prokaryoten af. De prokaryoten zouden de eigenschap van de celkern verloren hebben terwijl de eucaryoten deze behouden hebben. Het eerste leven wordt voorgesteld als een gemengde gemeenschap van allerlei verschillende protoeucaryoten die met minichromosen van RNA een nog onduidelijke verhouding hadden tussen fenotype en genotype.

 

Het RNA zou in deze eerste organismen omgezet zijn in DNA door virussen. Virussen, die in de RNA-wereld ook uit RNA bestonden en deze ‘jonge’ cellen infecteerden, vormden DNA omdat dit beter bestand was tegen de verdedigingsmechanismen van de cel. Deze hypothese wordt versterkt doordat vele virussen ook vandaag nog genen voor enzymen bevatten die van belang zijn voor de synthese van precursoren van het DNA. Een dergelijk DNA-virus zou zijn litische vermogen kunnen verliezen en permanent in de cel aanwezig kunnen blijven als lineair of circulair chromosomaal element (plasmiden). Via retrotranscriptie zou het cellulaire RNA deel hebben kunnen gaan uitmaken van het groeiende plasmide. Dit DNA zou stabieler zijn en het zou voor de cel een selectief voordeel betekenen al zijn RNA om te zetten in DNA.

 

Omdat Eukaryoten, Archaea en bacteriën alle drie verschillende ribosomen hebben wordt er voorgesteld dat ze afstammen van protoeucaryoten die ooit door drie verschillende virussen geïnfecteerd werden. Het gaat hier duidelijk om theorieën die goed kunnen verklaren hoe er drie zulke verschillende domeinen van de boom van het leven konden ontstaan uit één gemeenschappelijke voorouder. Tot nu toe was men daar nog niet in geslaagd.

 

Uit:

 

Three RNA cells for ribosomal lineages and three DNA viruses to replicate their genomes: A hypothesis for the origin of cellular domain

Patrick Forterre

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1450140/

 
The Last Universal Common Ancestor: emergence, constitution and genetic legacy of an elusive forerunner
Nicolas Glansdorff, Ying Xu and Bernard Labedan
http://www.biology-direct.com/content/3/1/29#B11