uabooks.top » Biológia » 11. A vírusok eredetének hipotézisei. A vírus szerepe a szerves világ evolúciójában
Інформація про новину
  • Переглядів: 52
  • Дата: 5-07-2020, 20:11
5-07-2020, 20:11

11. A vírusok eredetének hipotézisei. A vírus szerepe a szerves világ evolúciójában

Категорія: Biológia




Emlékezzetek, az élet eredetének hipotéziseire a Földön! Mik az RNS-világ hipotézisének megállapításai? Mi a genom? Mi a lényege a kártevők biológiai irtási módszereinek?

A vírusok eredetének hipotézisei. Jelenleg nincs egységes nézet a vírusok eredetét illetően. A virológia három hipotézist vizsgálnak. A regresszív evolúció hipotézise (lat.: regressus - visszamozgás, visszafordulás) szerint a vírus organ-ellumaikat elvesztett sejtekből jöttek létre. Sajnos meggyőző bizonyítékok erre nincsenek.

A párhuzamos evolúció (koevolúció) hipotézise szerint a vírus az ősidőkben jöttek létre azoktól a sejtektől függetlenül, amelyek energia átalakító és fehérjeszintetizáló képességét kihasználják. Az utóbbi időkben a tudósok többsége hajlamos ezt a hipotézist elfogadni, mivel egyre több bizonyíték gyűlik össze, főként az RNS evolúciójáról.

A J. Watson által javasolt „ugráló gének” hipotézise szerint a vírusok sejtek elszabadult önállóvá vált örökítő anyaga.

A vírusok szerepe a szerves világ evolúciójában. A vírusok örökítő anyagát bárhol megtalálhatjuk az egészséges ember tüdejétől1, a világóceán mélyéig.

1 Általában az egészséges ember tüdejében ki lehet mutatni több, mint 170 vírus génjét, amelyek többsége ismeretlen.

A vírusok képesek megváltoztatni a tulajdonságaikat, ennek köszönhetően többször is megbetegedhetünk ugyan attól a vírustól. Megvizsgáljuk ezt a jelenséget az influenza RNS-vírus példáján (11.1. ábra). A vírus gen-omja nyolc RNS-fragmentumból áll, amelyek tíz fehérjét kódolnak. Ezek közül felszíni a hemagglutinin (H-val jelölik) és a neuraminidáz

(N) enzim. A vírustörzs megnevezésében alkalmazzák hemagglutinin és a neuraminidáz típusát (H1N1). A vírus RNS-e képes megváltozni mutáció által, így jönnek létre a genetikailag heterogén vírustörzsek.

Vírustörzseknek nevezzük egy vírus egymástól eltérő változatait (ennek analógjai lehetnek a baktériumtörzsek, amelyek egy sejt utódjai). Ugyanakkor a vírusok változékonyságának hátterében más áll. Például, az emberi influenza vírusa nagyon közeliek a vadmadarak és a sertések vírusaihoz. Úgy gondolják, hogy az influenza vírus éppen a madarakból került az emberbe. Ezt támasztja alá az a tény, hogy a madarakból izolált jelenlegi vírusokra a felületi fehérje, a hemagglutinin (H) 16-féle és az enzimfehérje, neuraminidáz (N) 9-féle kombinációja jellemző. Ezzel szemben az emberi influenza vírusok esetében csak jelentéktelen mennyiségű kombináció ismert - a H1N1 (ez a sertés influenza) vagy a H3N2. Az emberiséget éppen azért nyugtalanítja, hogy kialakulhat egy „madárinfluenza” járvány, mert új hemagglutinin fehérje jelenik meg, amely ezelőtt még nem volt jelen az emberi influenza vírusának a burkában -H5N1. Viszont a már jól ismert H1N1 típus is válhat újra rendkívül veszélyessé az emberre miután adaptálódott a sertés szervezetéhez.

Hogyan tesz szert a vírus új tulajdonságokra? Amikor egy sejtbe nem egy, hanem kettő vagy több vírus kerül (ez gyakran előfordul), akkor előfordulhat, hogy a különböző vírusok RNS-ei között szakaszcserék zajlanak le. Ilyen módon a vírusok új tulajdonságokra tehetnek szert, képessé válhatnak „megszökni” a gazdaszervezet immunrendszerétől. Az ilyen genom szakaszcserét az influenza vírusoknál reasszortáci-ónak nevezzük (11.2. ábra). A tudósok feltételezik, hogy éppen így jelent meg 1918-ban a „spanyolnátha” vírusa.

A vírusok képesek az embernél „megfázást” kiváltani - a rhinovírusok viszonylag enyhe hatást fejtenek ki az emberre. A fertőzött emberek 40 %-ánál ki sem fejlődnek a tünetek. Akiknél kifejlődnek a tünetek, többnyire egy hét alatt meggyógyulnak. Ugyanakkor a rhinovírusok „megnyithatják az utat” más sokkal veszélyesebb kórokozók előtt, másfelől viszont pozitívan is hathatnak a gazdaszervezetükre. Azok az emberek, akik gyermekkorukban rhinovírus fertőzésen estek át, kevésbé hajlamosak olyan betegségekre, amelyek kapcsolatban állnak az immunrendszer rendellenességeivel.

11.2. ábra. Az influenzavírusok RNS-mole-kuláinak géncseréje (reasszortációja). Feladat: határozzátok meg, hány új vírustörzs jelent meg a reasszortáció következtében!

A vírusok vándorlása a tengeri mikroorganizmusok között hatást gyakorolt a földi élet létezésére. Ahogy már tudjátok, egyes bakteriofágok (lambda fág; 10.3. ábra) képesek hosszabb ideig tartózkodni a megfertőzött baktériumsejtben beépülve annak genomjába. Ameddig a vírus DNS-e változatlan marad, a vírus képes „kiszabadulni” és elpusztítani a sejtet. Ugyanakkor, hogyha a bakteriofág DNS-e megváltozik egy mutáció során, a vírus elvesztheti a képességét a kiszabadulásra, és benne marad a sejt genomjában annak részeként. A

bakteriofág genomja megváltozhat akkor is, amikor a kiszabadulása közben a gazdasejt valamely génjét „elragadja”. Ilyen módon a vírus átadja ezt a gént átadja az összes általa megfertőzött sejtnek. Néha ezek a „kölcsönkapott” gének a vírushordozó sejtet evolúciós fölényhez juttatják, alkalmazkodóképesebbé téve azt.

A tudósok számításai szerint a világóceánban 103° vírus található, főként bakteriofágok. A bakteriofágok naponta a világóceán „tengeri” baktériumainak közel felét pusztítják el, így szabályozva azok egyedszámát.

A vírusok és a sejtek együttélésének története már több milliárd éves. Sajnos, ezt a folyamatot nem lehet kőzetekben nyomonkövetni, mivel a vírusok ilyeneket nem hagynak maguk után. Viszont „nyomokat hagynak” a gazda-szervezetük genomjában. A tudósok megállapíthatják, mely géneket adhatták át az ősi vírusok a gazdáiknak, összehasonlítva a közös őstől származó fajok gen-omját. így mutatták ki, hogy minden élőlény genomjában vannak vírusok által átvitt gének. Az emberi genom közel 100 ezer endogén retrovirus DNS-fragmen-tumot tartalmaz, ami az emberi genom 8 %-át jelenti. Az endogén (gör: endon -belül és genos - nem) kifejezés ezen vírusok „belső eredetére” utal. Az endogén retrovírusok az ősi vírusok leszármazottjai, amelyek a HIV-vírushoz hasonlóan beépültek a gazdaszervezetük genomjába és ottragadtak. Jelenleg ezeknek a vírusoknak a genomja a sejt kromoszómáinak része, és a sejt génkészleteként működik. Sokáig úgy gondolták, hogy a vírus DNS-e nem játszik semmilyen szerepet (egyszerű DNS-szemétként tekintettek rájuk). Viszont az újabb vizsgálatok szerint egyes vírusgének folytatják működésüket. Például, az endogén retrovírusok támogatják az őssejtek egyik alapvető funkcióját - a szervezet bármely sejtjévé alakulást. Ha az őssejteket olyan anyagokkal kezeljük, amelyek a retrovirus gének működését leállítják, akkor ezek a sejtek elvesztik a tulajdonságaikat.

A szervezetünk sok szövetét (a bőrben, az izmokban, a csontokban) sok sejtmagú sejtek alkotják, amelyek „vírusfehérjék” hatására jönnek létre. A gerinces állatok placentájának kialakulása is egy ilyen retrovirus génnek köszönhető. Kiderül, hogy a fogantatás utáni első napokban ugyancsak endogén retrovírusok védelme alatt állunk. Az emberi embrió egy retrovirus génszakaszt tartalmaz, amely közel 200 ezer évvel ezelőtt jutott be az emberi szervezetbe. Ez a génszakasz szabályozza a sejtek génjeinek aktivitását és megakadályozza más fertőzések bejutását a magzatba, megóvja például az influenzától.

Az endogén retrovírusok genomjának vizsgálata nagy jelentőséggel bír a rendszertanban is. Ezek tanulmányozása lehetőséget nyújt a különböző állatfajok filogenetikai kapcsolatainak vizsgálatára. Egy és ugyanazon retrovirus örökítő anyag csak akkor lehet két állatfaj DNS-ének ugyanazon szakaszán, ha közös őstől származnak. Egyes retrovírusok csak az ember genomjában vannak jelen, mások a csimpánzéban és a emberében (éppen ez bizonyítja a két faj közös őstől való eredetét). Vannak génszakaszok, amelyeket megtalálunk a gorillákban, a csimpánzokban, az emberben, az orangutánban, ami arról tanúskodik, hogy ezek a főemlősök és az ember rendelkeznek közös nagyon távoli őssel.

11.3. ábra. Kerekesférgek - apró gerinctelen állatok. Képesek túlélni a hosszan tartó rossz környezeti feltételeket: kiszáradt állapotban 5 percig lépesek túlélni +100 °С fokos hevítést és 4 órán keresztül a -271 °С fokos fagyasztást.

Tehát a vírusok elengedhetetlen előfeltételei a bolygónkon zajló különböző evolúciós folyamatoknak. A segítségükkel megtörténhet a DNS-szakaszok (a gének) cseréje a különböző fajok között. Az ilyen folyamatokat nevezzük horizontális génátvitelnek.

A vírusok génátvivő képességét széleskörűen alkalmazzák a génsebészetben. A vírus genomjának egy részét, ami a vírus szaporodásának lényegtelen génjeit tartalmazza, lecserélik az ember számára szükséges fehérjét kódoló szekvenciákra. Ilyen módon az ember mesterségesen előállítja (rekombinálja) a vírus genomját, új génkombinációkat hoz létre. Megfertőzve a sejtet a rekombinált vírussal, a sejt elkezdi termelni az adott fehérjét. Eközben a vírus nem veszíti el a szaporodási képességét, kijutva a sejtből megfertőzi a többit, ezzel növelve a fehérjét szintetizáló gének számát.

A vizekben és a nedves talajban laknak apró többsejtű élőlények - a kerekesférgek (11.3. ábra). Képzeljétek, hogy a kerekesférgek legapróbb képviselői 0,04 mm-esek. Ezeknek az állatoknak a genomjában tucatnyi más élőlénycsoporttól - baktériumtól, növénytől, gombától - származó gént találtak. Feltételezhetjük, hogy a kerekesférgek genomját a vírusok „gazdagították”.

A vírusok fontos szerepe a bioszférában - azon populációk egyedszámának szabályozása, amelyekben élősködnek. A vírusok ezen tulajdonságát használja fel az ember a kártevők elleni védekezésben.

1. Nevezzétek meg a hipotéziseket, amelyek a vírusok eredetével foglalkoznak! Szerintetek ezek közül melyik a legvalószínűbb? 2. Milyen folyamat hatására nő a vírusok sokfélesége?

3. Mi a szerepe a vírusoknak a szerves világ evolúciójában?

Hogyan lehet pozitív a vírus hatása a gazdaszervezetre?

 

 

Tankönyv 10. osztálya számára Biológia és ökológia Osztapcsenko, Bálán,  Kompanec, Ruskovszkij

 




^