Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: virus

arbitrium

Virussen communiceren met elkaar en met hun nakomelingen door middel van een korte proteïne. De hoeveelheid van dit eiwit bepaalt of de gastheercel lyse ondergaat of dat het virus de cel spaart. Dit eiwit, dat kort geleden ontdekt is, wordt arbitrium genoemd.

bacteriofagen (groen) op een bacteriecel (oranje)

bacteriofagen (groen) op een bacteriecel (oranje)

Wanneer virussen hun gastheer infecteren, gaat dit een veel gevallen gepaard met de kaping door het virus van de replicatie- en translatieprocessen van de gastheercel. Er worden dan opnieuw alle bestanddelen van het virus aangemaakt die zich samenstellen tot nieuwe virussen. Wanneer deze vrijkomen barst de cel open; er vindt lyse plaats en de cel gaat dood. Maar het genetisch materiaal van het virus kan ook deel uit gaan maken van dat van de gastheer. Het plaatst zich in het DNA van de gastheer en blijft slapende. Het virus veroorzaakt dan geen dood van de geïnfecteerde cellen, maar wordt na iedere celdeling doorgegeven aan de dochtercellen. Het virus lift zo mee op het DNA van de gastheercel. Dit is de lysogene cyclus, niet te verwarren dus met de eerder beschreven lyse cyclus.

lytische cyclus en lysogene cyclus

lytische cyclus en lysogene cyclus

Jaren heeft men onderzoek gedaan naar hoe deze keuze gemaakt werd. Men zocht vooral naar intracellulaire signaalwegen en genetische circuits in de gastheercel. Ook de onderzoekers van deze studie zochten naar moleculaire signalen tussen bacteriecellen en ontdekten zo het relatief korte eiwit verantwoordelijk voor de keuze (“arbitrium”) tussen lyse en lysogeen. Zij werkten niet zoals gewoonlijk met het bacteriofaag lambda, het meest bekende bacterievirus, en het bacterie E. Coli, maar met Bacillus subtilis en vier verschillende fagen. Ze infecteerden de bacteriën met de fagen en screenden het medium op zoek naar molecuulsignalen geproduceerd door de bacteriën. In plaats daarvan vonden ze een molecuul dat geproduceerd werd door een van de vier fagen: phi3T. Ze noemden het arbitrium.

Arbitrium wordt vrijgegeven na digestie met enzymen van een proteïne die door de faag gecodeerd is. Het korte eiwit arbitrium verspreidt door het medium en wordt vervolgens door specifieke kanalen in het membraan doorgelaten tot het plasma van een nabijgelegen bacteriecel. Arbitrium inhibeert een faagfactor die op haar beurt een gen activeert dat het lyse-proces stimuleert via een onbekend mechanisme. Het lyse-proces wordt door arbitrium dus verminderd of stilgelegd.

De onderzoekers zagen dat er vergelijkbare arbitrium systemen zijn in wel 100 bestudeerde fagen, waarbij elke faag alleen door zijn eigen geproduceerde arbitrium geregeld werd. De verschillende arbitrium-peptiden verschillen immers in hun samenstelling van aminozuren. Het is dus duidelijk dat een bepaalde faag in eerste instantie zich door lyse snel vermenigvuldigt, maar naarmate de concentratie van arbitrium toeneemt zal de lysogene cyclus de overhand krijgen. Dit overlevingsmechanisme is gebaseerd op het feit dat de faag zich alleen blijvend kan handhaven mits er genoeg gastheercellen overblijven. De lyse doodt de cellen en het tijdig stopzetten daarvan verzekert het virus van overleving omdat zijn gastheer blijft doorleven.

Vooralsnog is dit mechanisme van betekenis in bacteriofagen en bacteriën, maar het is waarschijnlijk dat er ook voor virussen en eukaryoten een dergelijk mechanisme bestaat.

Dit feedbacksysteem waarin elke faag zich vermenigvuldigt door productie van een eigen eiwit waaraan alleen hijzelf en zijn eigen nakomelingen gehoorzamen, geeft aan dat fagen uiterst bepalend zijn voor de biosfeer. Zij hebben hun evolutie onder eigen controle. Daarbij is het interessant te bedenken dat virussen zich samen met de eerste preprokaryoten ontwikkelden, zoals de hypothesen van Patrick Forterre stellen. Kunnen we, nu we weten dat ze communiceren met hun nakomelingen, ook spreken van levende virussen? Zou de kennis over het arbitrium systeem kunnen helpen in de strijd tegen resistente bacteriën?

Ref:

Erez, Zohar; Steinberger-Levy, Ida; Shamir, Maya; Doron, Shany; Stokar-Avihail, Avigail; Peleg, Yoav; Melamed, Sarah; Leavitt, Azita; Savidor, Alon (2017-01-18). “Communication between viruses guides lysis–lysogeny decisions”Nature. advance online publication. doi:10.1038/nature21049ISSN 1476-4687.

Davidson, Alan R. (2017-01-18). “Virology: Phages make a group decision”Nature. advance online publication. doi:10.1038/nature21118ISSN 1476-4687.

Oorsprong van mitose en meiose, een theorie over de evolutie van de eukaryoot en seks

Na in het voorgaand blog de evolutie van geslachtsverschillen in Volvox bekeken te hebben, botste ik in Wikipedia tegen een verwijzing naar artikelen van Philip John Livingstone Bell aan. Zijn werk is puur theoretisch en behandelt de oorsprong van de eukaryotische cel, van mitose, meiose en dus het ontstaan van seks. Eukaryoten zijn alle cellen en organismen die wij gewoonlijk waarnemen, ze hebben een celkern. Prokaryoten zijn voornamelijk bacteriën. Virussen vormen een apart hoofdstuk, maar lijken een enorm belangrijke zo niet fundamentele rol te hebben gespeeld in het ontstaan van de eukaryotische cel zoals Bell in zijn theorie laat zien.

Een blog biedt eigenlijk niet genoeg ruimte voor een uitgebreide verhandeling van mitose en meiose. Kort gezegd is mitose de celdeling in de eukaryotische cel waarbij de lineaire chromosomen (DNA) eerst verdubbeld en vervolgens eerlijk verdeeld worden over de dochtercellen. De meiose daarentegen bestaat uit twee delingen: een die de chromosomen verdubbelt (waarna er het essentiële fenomeen van crossing –over plaatsvindt waarbij de genen van vaders en moeders kant uitgewisseld worden), en een tweede die zonder verdubbeling van de chromosomen plaatsheeft, waardoor er een zogenaamd gehalveerd genoom ontstaan ofwel haploïde cellen, de geslachtscellen.

Mitose in door virus geïnfecteerde cellen.  a of alfa corresponderen met + en - in de tekst

Mitose van geïnfecteerde cellen en ‘binary fission’ van niet geïnfecteerde cellen.

Dit ingewikkelde maar vrijwel universele mechanisme (althans voor wat betreft de eukaryoten) is volgens Bell ontstaan uit drie organismen: een virus, een Archaea (een soort oerbacteriën zonder dubbel membraan) en bacteriën. De Archaea, of de voorloper ervan, bood het cytoplasma dat het virus kon infecteren en waar het zijn genetisch materiaal kon deponeren en repliceren met behulp van eigen polymerasen en/of reverse transcriptase en ribosomen of met die van de gastheer. Een bacterie, waarschijnlijk de alfa-proteobacterie, vormde de eerste mitochondriën.

De theorie van Bell stelt dat het virus met zijn RNA of DNA de gastcel infecteerde, waarna het lineaire chromosoom (met centromeer) van dit virus repliceerde en, zodra deze cel fuseerde met een niet geïnfecteerde cel, zich deelde zodat de twee chromosomen zich over de twee dochtercellen verdeelden. Door meerdere infecties met verschillende maar verwante virussen zou het aantal chromosomen toegenomen zijn. Deze proto-eukaryotische, of eigenlijk reeds volwaardige eukaryotische cellen konden daardoor licht verschillen in genetische opmaak (we noemen ze + en – cellen met elk n chromosomen). Hun cellen konden fuseren (lees ‘bevruchten’) en zo een cel voortbrengen met 2n chromosomen. Zodra daar wederom twee celdelingen op volgden hebben we opnieuw twee haploïde cellen + en twee haploïde cellen -. Dit is exact hetzelfde als meiose.

Meiose in geinfecteerde cellen. a en alfa corresponderen met + en - in de tekst

Meiose in geïnfecteerde cellen. a en alfa corresponderen met + en – in de tekst

Dit is een pure theorie die zich echter wel baseert op wat men nu nog terugziet in de tegenwoordige wereld tijdens infectie met het pox-virus. De theorie stelt dus niet alleen dat zowel mitose als meiose een ‘uitvinding’ zou zijn die dankzij de virussen heeft kunnen voorvallen, maar ook dat de celkern van oorsprong vrijwel uitsluitend viraal RNA of DNA bevatte. Op het blog van Gert Korthof is er een levendige discussie over of virussen nu wel of niet als levende organismen moeten worden beschouwd. Patrick Forterre, een gevierd viroloog, is daar een voorstander van en gezien hun mogelijke belang in het ontstaan van mitose en meiose, hebben de virussen wel een speciaal ereplaatsje verdiend.

Uit: Sex and the eukaryotic cell cycle is consistent with a viral ancestry for the eukaryotic nucleus. Philip John Livingstone Bell. Journal of Theoretical Biology 243 (2006) 54–63.

 

Lag de oorsprong van leven bij virussen?

three_viruses_mimi_pandora_pith

Foto door Chantal Abergel en Jean-Michel Claverie Drie recent ontdekte reuzevirussen — mimivirus (boven), pandoravirus (midden) and pithovirus (onder)

De theorieën over de oorsprong van het leven lopen uiteen, maar over één ding is men het eens. Er bestond ooit een RNA-wereld waarin er zowel polymeren als ribozymen bestonden, beide opgebouwd uit RNA. De laatste katalyseerde de replicatie van de eerste en zo ontstonden er de eerste replicatoren. Nu bevatten onze cellen DNA (deoxyribonucleic acid) als opslag voor informatie, terwijl veel verschillende soorten RNA (ribonucleic acid) bijvoorbeeld als boodschapper (RNAm) of drager van aminozuren (RNAt) dient. Er is blijkbaar een moment geweest waarop het RNA omgezet is in DNA. Nu geldt het dogma in de biologie dat DNA omgeschreven wordt in RNA dat op haar beurt weer afgelezen wordt voor de vorming van eiwitten. Er bestaat slechts één uitzondering, en dat is het enzym reverse transcriptase dat alleen door retrovirussen gecodeerd wordt. (Er is een andere reverse transcriptase die telomeren synthetiseert, zie de reactie van Gert Korthof).

Al een tijdje bestudeert de viroloog Patrick Forterre de mogelijkheid dat retrovirussen aan de oorsprong van de eerste cellen heeft bijgedragen. Ik schreef al eerder over zijn werk en theorie en de details kun je in dit eerdere blog lezen. Hij stelt dat de retrovirussen DNA maakten en daarmee cellen infecteerden die vervolgens dit stabielere DNA gebruikten als informatieopslag.

Nu is er recent een enorm virus ontdekt, het pithovirus, dat nog groter is dan veel bacteriën. De afmeting is meer dan 1,5 micron en het draagt zo’n 500 genen waarvan vele niet gerelateerd zijn aan de ons reeds bekende genen. Voordat dit virus werd gevonden, wist men al van andere grote virussen zoals het mimivirus en pandoravirus die ook veel niet gerelateerde genen bevatten. Zo langzaamaan begon zich een andere theorie te vormen.

Men dacht vroeger dat virussen zich later hebben ontwikkeld dan cellen, omdat alle toen bekende virussen voor hun replicatie of vermenigvuldiging afhankelijk waren van cellen. Het zou dus wel eens omgekeerd kunnen zijn, namelijk, dat virussen eerder ontstonden dan cellen. Ze zouden in eerste instantie in de RNA-wereld geleefd hebben die bestond uit zelfzuchtige RNA’s die de boventoon gingen voeren. Deze werden omsloten door capsiden, bestaande uit proteïnen.

Een argument voor de The Virus World Theory stelt dat virussen genetisch gezien een grotere diversiteit hebben dan cellen. Waren ze afgeleid van cellen, dan zou er een kleinere diversiteit zijn dan die we aantreffen bij cellen. Eugene Koonin is voorstander van The Virus World Theory, terwijl Patrick Forterre denkt dat virussen hun opmars maakten nadat er voorlopers van bacteriën, Archaea en Eukaryoten, die hij protoeucaryoten noemt, hun intrede deden. Hij onderstreept daarbij dat virussen op het toneel verschenen voordat LUCA (Last Universal Common Ancestor) bestond. Abergel en Claverie, een echtpaar van virologen, beweren daarentegen dat virussen afstammen van uitgestorven cellijnen. Er was geen unieke cellijn volgens hen, maar een waren een heleboel verschillende cellijnen die allemaal uitgestorven zijn. De virussen bevatten nog steeds de antieke genen van deze uitgestorven cellen.

Kortom, er is in Frankrijk een flinke discussie gaande rond dit onderwerp. Daar wordt heel wat ge-e-maild over virussen. Het zou leuk zijn als deze discussie wat meer open was, zodat wij hem konden volgen. Misschien hebben ze allemaal gelijk en verschenen virussen tegelijk met cellen, met het daarop volgende uitsterven van bepaalde cellen waar antieke infecterende virussen nog steeds een overblijfsel van zijn. Het zou zomaar kunnen.

Uit: Hints of Life’s Start Found in a Giant Virus. QuantaMagazine

 

 

 

Bijensterfte, honing en een virus

_67308613_bee_stress_624in

Het is eigenlijk een voor de hand liggend gegeven, maar ik las er kort geleden pas over. De honingbij produceert honing met de bedoeling deze vroeg of laat te eten. Maar in de industrie wordt de honing weggehaald en krijgen de bijen er suikerstroop voor in de plaats. Je kunt het eigenlijk wel verwachten dat er bijzondere stoffen in honing zitten die ten goede komen aan de gezondheid van de bij. Maar er is nu pas een wetenschappelijk artikel uitgekomen in PNAS dat laat zien dat honing meerdere stofjes bevat die specifiek detoxificerende genen tot uitdrukking laat komen. Deze stofjes komen ten goede aan de afweer tegen ziekteverwekkers maar ook tegen pesticiden.

Rond het verbod op drie neonicotinoiden, landbouwpesticiden die de bijensterfte zouden veroorzaken, is momenteel veel discussie. Er zouden behalve de neonicotinoiden wel eens veel meer oorzaken kunnen zijn voor de bijensterfte. Er wordt vaker gesproken van de varroamijt, schimmels, parasieten, virussen en verschillende andere mogelijke oorzaken. Het zou ook een samenloop kunnen zijn van al deze en meer factoren, waarbij de pesticiden de zieke bijen de nekslag geven. Dat er zoveel factoren meespelen is al langer bekend. Maar nu blijkt dat door het vervangen van honing door suikerstroop de bijen minder weerstand hebben, zou men wel eens dichter bij een oplossing kunnen komen. Het zou mooi zijn als alleen de overtollige honing weggehaald werd zoals men vroeger deed. Maar dan moet ook de vraag naar honing verminderen. Consumenten zouden daarom eigenlijk geen honing meer moeten kopen. Daar zouden de bijenstichting en andere organisaties wel degelijk voor kunnen vechten.

Een van de auteurs van het artikel in PNAS zei:

If I were a beekeeper, I would at least try to give them some honey year-round,” Professor Berenbaum said. “Because if you look at the history of Apis mellifera [European honey bees], this species did not evolve with high-fructose corn syrup. It is clear that honey bees are highly adapted to consuming honey as part of their diet,” she said.

Er werd kort geleden in een blogartikel geopperd dat de verminderde weerstand van de bijen ook te wijten zou kunnen zijn aan een virus dat immunodeficientie zou veroorzaken. Er is geen enkele aanwijzing voor dat een dergelijk virus bestaat, maar het zou een hoop kunnen verklaren. Er bestaan wel verschillende bijenvirussen waarvan enkele met CCD te maken zouden kunnen hebben, maar de tests laten zien dat oorzaak en gevolg niet duidelijk zijn in deze gevallen.
Dat er immunodeficientie ten grondslag ligt aan CCD is, zoals het gebrek aan honing als voedsel laat zien, niet nieuw. Daarbij zou het behalve om gebrek aan honing om “stress” gaan. Maar er wordt ook geopperd dat het om besmettingen kan gaan en daarbij om ziekteverwekkers die besmettelijk zijn.
De auteur van het blogartikel Yanega schrijft dat men al langer weet van de bijensterfte die veel verschillende namen kreeg in het verleden. Reeds sinds 1869 was er af en toe sprake van grootschalige bijensterfte. Het bestaan van een HIV maar dan voor bijen, ofwel een BIV, zou veel kunnen verklaren. Yanega stelt in ieder geval voor er naar te zoeken.

h/t Maureen Baartman

De ‘onontdekking’ van het chronischevermoeidheidssyndroomvirus

CVS of ME treft naar schatting zo’n 17 miljoen mensen wereldwijd. De oorzaak van de ziekte was lang onbekend, maar in 2009 publiceerde Mikovits in Science een mogelijk verband met het XMRV virus, een retrovirus. Dit virus werd aangetroffen in 67% van mensen met CVS en slechts in 3,7% van gezonde mensen. Maar veel collega-wetenschappers vonden deze resultaten niet, en vonden geen verband tussen CVS en XMRV. Sindsdien is er aanhoudende discussie over de waarde van deze publicatie.

XMRV

het XMretrovirus

Het blijkt nu uit een onderzoek door Pathak en Coffin, dat het virus XMRV eigenlijk een virus is dat recent ontstaan is in kweken van laboratoria. Het virus werd in eerste instantie ontdekt in menselijke prostaatkankercellen. Deze cellen werden in muizen ingebracht om ze daar door te kunnen laten groeien. Ze werden van muis tot muis overgeplant om de cellijn te laten overleven. Door monsters vanaf 1990 te bestuderen, konden de onderzoekers aantonen dat dit virus eerst nog niet bestond. Ze vonden daarentegen wel de voorouders van dit virus. Later kwamen ze ook het nieuwe virus tegen dat ontstaan was uit de recombinatie van twee muizenvirussen.

Na de veelvuldige passages hebben twee muizenvirussen zich samengevoegd tot het nieuwe (menselijke of muizen-) XMRV-virus, dat de prostaatcellen besemette. Daarna nam de prostaatkweek het virus mee naar de volgende muis.

De verschillende cellijnen in het laboratorium, en die ook Mikovits gebruikte kunnen dus besmet geweest zijn met dit virus. In het artikel in Science door Mikovits werden inderdaad cellijnen gebruikt voor de kweek van hun monsters. Dit verklaart natuurlijk nog niet de discrepantie tussen patiënten en gezonde mensen.

Mikovits, die het verband legde tussen CVS en XMRV, is door Science verzocht haar artikel terug te trekken. Maar Mikovits weigert totdat er meer duidelijkheid is. Mikovits werkt voor het WPI (Whittemore Peterson Institute) dat inmiddels een grote business is geworden. Het Instituut ontvangt enorm veel gelden van sponsors en test bovendien de aanwezigheid van het virus bij ME-patiënten. Ze vragen daar 549$ voor en raden positieve patiënten daarna aan medicijnen tegen retrovirussen te gebruiken (zoals die tegen HIV).

Mikovits wordt door haar patiënten aanbeden maar komt in de wetenschappelijke wereld steeds meer alleen te staan.

Uit: Discovermagazine, Natureblog, NatureNews,

Meer over besmetting van celkweken of laboratoriumtests.

Plaatje van internet.

Update 23-09-2011. Het artikel is gedeeltelijk teruggetrokken, nadat 6 onafhankelijke labs geen virus in de bloedmonsters van CVS-patienten vonden.

Lees Science en New Scientist voor meer.

Over reuzenvirussen: een nieuw concept

Sinds de ontdekking van het mimivirus en het mamavirus, twee reuzenvirussen, wordt er opnieuw veel gedebatteerd over het al dan niet rekenen van virussen tot de levende organismen. Patrick Forterre, een microbioloog aan het Instituut Pasteur in Parijs, wijdt er een omvangrijk artikel aan.

Virussen bezitten geen eigen cel en metabolisme waardoor ze cellen moeten infecteren om

mamavirus

Het mamavirus. Hier is de rand van de virusfabriek te zien met bovenin de geproduceerde virusdeeltjes en onderin de virusfabriek.

zich te vermenigvuldigen. Hebben ze de cel eenmaal geïnfecteerd dan kapen ze de hele kopieerfabriek van deze cel om nieuwe kopieën van zichzelf te maken. Dit gebeurt in een duidelijk afgetekende regio van de cel die de virusfabriek genoemd wordt. In 2003 werd het mimivirus ontdekt. Dit enorme virus werd tot dan toe door virusjagers weggezeefd samen met de bacteriën omdat het zo groot is. Dit virus infecteert een amoebe (Entamoeba haemolytica). Het mamavirus, dat nog groter is, werd in 2008 ontdekt en infecteert een andere amoebe (Acanthamoeba polyphaga). Dit mamavirus wordt op zijn beurt geïnfecteerd door een heel klein virusje dat Spoetnik genaamd werd. Spoetnik kaapt de virusfabriek van het mamavirus binnen de geïnfecteerde amoebe. Het mamavirus maakt daardoor foute kopieën van zichzelf en wordt ‘ziek’. Dit is de eerste keer dat er een virofaag ontdekt is. Het feit dat een virus ziek kan worden is voor de onderzoekers een goede reden om virussen tot de levende organismen te rekenen.

mamavirus

mamavirus in een amoebe. De donkere vlek is de virusfabriek. De zwarte stippen zijn de virusdeeltjes.

Patrick Forterre stelt voor het leven in te delen in capside-coderende organismen (virussen ofwel virocellen) en ribosoom-coderende organismen (alle andere organismen ofwel ribocellen). Een virus wordt in zijn afbeeldingen altijd weergegeven als onderdeel van de geïnfecteerde cel. De fase waarin het virus binnen de cel is, zou de levende fase van zijn levenscyclus zijn. Hierbij moet gedacht worden aan levenscyclussen van planten met sporen, waarbij de virions ofwel virusdeeltjes een soort sporen zouden zijn. Er wordt aan virussen een grote rol toebedeeld in de evolutie van het eerste leven (zie ook ‘LUCA en virussen‘). Virussen zouden ontstaan kunnen zijn uit de eerste cellijnen die de ‘struggle for life’ verloren hebben. Slechts een enkele lijn overleefde. De virussen infecteerden ook de afstammelingen van LUCA en liftten zo mee met de eerste winnende cellijnen. Hij legt de nadruk op het feit dat virussen specifieke eiwitten hebben die niet homoloog zijn met eiwitten van (hedendaagse) cellen wat zou kunnen betekenen dat de virussen inderdaad voortkomen uit cellijnen die eerder dan LUCA leefden. Deze specifieke eiwitten zijn onder andere betrokken in het metabolisme van DNA dus virussen zouden aan de oorsprong van het DNA kunnen staan. Er is door andere auteurs ook gesuggereerd dat reuzenvirussen de eerste celkernen vormden.

Het is onmogelijk een boom van leven te maken voor virussen omdat er teveel genen uitgewisseld worden met onder andere plasmiden. Voorlopig blijft de boom van leven zoals we hem nu kennen, maar de wereld van virussen zou gezien kunnen worden als een soort omhulsel van de stam en de vertakkingen.

Uit: National Geographic, Noorderlicht, Nature
en het artikel:
Giant Virusses: Conflicts in Revisiting de Virus Concept.
Patrick Forterre

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


Voor de helft mens

Toen in 2001 het menselijk genoom voor het eerst in kaart gebracht werd, bleek dat deze overvloed aan DNA slechts voor 1,5 % uit genen bestond. In plaats van de 100.000 genen die men er verwachtte te vinden waren er slechts 20.000. Daarna bleek dat 9% van ons DNA bestaat uit DNA dat van virussen afkomstig is. Het grootste deel, 34%, bestaat uit retrotransposons, ofwel zelfzuchtig DNA dat er alleen maar op uit is zichzelf te repliceren. Alles bij elkaar, bestaat bijna de helft van ons DNA uit virus-achtige deeltjes. In eerste instantie werd dit DNA wel als ‘junk-DNA’ bestempeld, maar het blijkt nu wel degelijk belangrijke functies te hebben.

In New Scientist staat een artikel van Frank Ryan die uitlegt hoe virussen, die wij normaal associëren met pandemieën waarbij de gastheer steft, ook symbiotische aspecten kunnen krijgen. Dit was het geval bijvoorbeeld met het myxomatose-virus bij konijnen in Austalië. In eerste instantie, toen dit virus geïntroduceerd werd om de overlast van konijnen tegen te gaan, stierf 99.8% van de konijnen. Resistente konijnen overleefden, en leven nu in symbiose met het virus, d.w.z. ze dragen het bij zich, oftewel het bevindt zich in hun DNA, maar het maakt ze niet ziek. Op dezelfde wijze kan een virus onze vroege voorouders in Afrika geïnfecteerd hebben waardoor bepaalde virussequenties nu onderdeel uitmaken van ons genoom. Als een virus wil overleven moet het gastheren kunnen blijven infecteren, dus mag het niet te virulent zijn. De hele populatie zou sterven en zo zou ook het virus aan zijn einde komen. Op deze wijze ontwikkelt zich symbiose tussen virussen en organismen.

Retrovirussen zetten hun RNA om in DNA en plaatsen het in het genoom van de gastheer. Deze ‘endogenisatie’ kan zich ook afspelen op niveau van de gameten (zaad- en eicellen), zodat het virus-genoom doorgegeven wordt aan de volgende generaties. Bij de mens is dit meerdere keren voorgekomen en dit vormt de bron van al het virale DNA in ons genoom (bijna 50%). We kunnen er zeker van zijn dat we afstammen van de overlevenden van vele schrijnende epidemieën.

de triomf van de dood breugel
Van internet: de Triomf van de Dood door Pieter Breugel 1562

Virale genen zouden wel eens nuttig kunnen zijn. Ze brengen ook vaak regulerende sequenties met zich mee die vervolgens ook de genen van de gastheer kunnen reguleren. Uiteindelijk worden de sequenties die de overleving bedreigen uit de populatie verloren en de weinige nuttige geselecteerd door natuurlijke selectie.

hiv
Van internet: HIV infecteert cel (foto by Jeff Johnson)

Sommige hebben geen effect en de vele retrotransposons in ons genoom zijn daar waarschijnlijk de overblijfselen van.

Het eerts ontdekte retrovirus, dat zich 40 miljoen jaar geleden in het genoom van de primaten plaatste, is een gen dat nu syncytin-1 heet. Dit gen codeerde oorspronkelijk voor de eiwitmantel van het virus maar heeft nu een belangrijke rol in de placenta en staat onder controle van twee virale LTR’s (Long Terminal Repeats). Een ander voorbeel is het gen voor beta-hemoglobine dat onder controle staat van een LTR dat van een retrovirus komt. Zo zijn er nog vele voorbeelden.
Onderzoekers zijn nu van plan een groots onderzoek op te zetten naar de exacte rol van de verschillende retrovirussen in ons genoom. Hij concludeert dat het in ieder geval wel duidelijk is dat het menselijke genoom geëvolueerd is uit een symbiose tussen virussen en gewervelden.

Bron: New Scientist

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers liken dit: