Virus dentro de nosotros: contribuciones virales a la vida

Es difícil ignorar el impacto de los virus en nuestra vida diaria. Además de la capacidad inherente de algunos virus para causar enfermedades, otros (a través de la mutación del genoma y la manipulación de la fisiología del huésped) pueden mover inadvertidamente genes que podrían ser beneficiosos para el huésped e incluso pueden proporcionar nuevos rasgos al organismo. Para comprender completamente cómo nos dan forma los virus, no solo debemos estudiar los microorganismos modernos, sino también explorar el registro fósil viral dentro de nuestros genomas.

Adquisición de genes a partir de virus.

La paleontología ilumina los eventos de integración viral

Los virus contribuyen en gran medida a los cambios genéticos, especialmente cuando se integran en el genoma de una célula. hay chance»paleontologíaExplora las implicaciones genómicas de los eventos históricos de integración viral en animales modernos.

Por ejemplo, se cree que los virus proporcionaron las bases genéticas de los mamíferos placentarios a través de múltiples eventos de introducción. En los mamíferos, incluidos los humanos, el gen Sensitina El feto pudo adherirse a la placenta. Se cree que se deriva del virus HERV-W, que usa el gen relevante para fusionar su envoltura con la célula huésped. Es posible inferir cuándo ocurrió la infección comparando secuencias de genes virales recientes con elementos virales endógenos (EVE) y determinando si hubo codones de parada tempranos. Estos pueden indicar que el ADN tiene tiempo para acumular mutaciones y si el gen todavía está activo.

Los genomas del huésped a menudo contienen infestaciones de insectos abundantes y diversas. Se espera que los retrovirus endógenos humanos contribuyan 9% del genoma, un 30 % adicional funciona junto con elementos retrovirales y un 50 % adicional tiene una función desconocida. en Una de las especies de isópodos estudiadas, 5 familias virales se representaron como EVE, y de los 54 loci identificados, 30 parecían ser adquisiciones recientes o infecciones circulantes actualmente. Los otros probablemente fueron diseñados para ser más antiguos porque contenían mutaciones sin sentido.

Usando métodos genómicos, puede ser difícil distinguir infecciones recientes activas de eventos de integración recientes porque no ha habido tiempo para que una acumulación de mutaciones muestre variación, lo que a su vez dificulta la medición del tiempo. Además, el genoma por sí solo no muestra lo que sucede dentro de la célula. Sin embargo, todavía es útil inventariar los elementos virales presentes en el genoma como una forma de comenzar a comprender las contribuciones virales de las especies.

La transferencia horizontal de genes contribuye a la resistencia a los antimicrobianos

La transferencia horizontal de genes amplía el conjunto de herramientas genéticas de la célula. En el mundo microbiano, los virus participan en algunos eventos de transferencia horizontal de genes y ahora se consideran un depósito importante de genes de resistencia a los antibióticos (ARG). Los nichos ambientales que contienen virus que contienen ARG incluyen Aguas residualesY el suelo fertilizado organicamente y entornos hospitalarios. Aunque la mayor parte de la transducción de ARG ocurre a través de rutas mediadas por células, parece que una porción pequeña pero significativa puede explicarse por transmisión viral. La transmisión viral de nuevos elementos genéticos ocurre a través de errores en el empaquetado del genoma. Cuando el virus expulsa el ADN del huésped a la cápside viral, seguido de la posterior infección lisogénica de una nueva célula, el ADN puede transferirse desde el huésped anterior. Si este ADN incluye un gen completo, como el gen de resistencia a los antibióticos, el nuevo huésped puede obtener esta función.

Fuente: Elise Phillips – Creado en Biorender

La cápside del virus actúa como una envoltura para el ADN, lo que ayuda a mantener los ARG en el medio ambiente, lo que les permite propagarse a través de las poblaciones microbianas de manera más efectiva que el ADN desnudo. Este problema se ve agravado por la alta carga de antibióticos y la alta densidad de población huésped que caracteriza a la agricultura industrial, que se puede observar por la proporción relativamente grande de ARG libre de virus aislado de metagenomas porcinos para aguas residuales. Los futuros planes de administración de antibióticos se beneficiarían de la inclusión de métodos para reducir el reservorio viral de genes de resistencia a los antibióticos.

Aporte viral al núcleo

Manipulación de la fisiología del huésped: cobertura de ADN polimerasa y ARNm

Los procariotas a menudo se definen, al menos coloquialmente, por la ausencia de un núcleo. Si bien la organización interna de las bacterias y las arqueas se ha vuelto más resuelta, la cuestión del origen nuclear en las células eucariotas sigue sin conocerse. Una hipótesis controvertida, si no controvertida, sobre el origen nuclear se conoce como «formación viral eucariota». Esta idea asume que el núcleo se deriva de una infección viral de células antiguas, probablemente arqueales.

Las primeras pruebas de esta idea provienen de las similitudes entre las características nucleares de los eucariotas y las causadas por el poxvirus. Códigos de poxvirus para ADN polimerasa Es muy similar a la ADN polimerasa A eucariótica y se replica dentro de un ‘micronúcleo’ unido a la membrana. La característica distintiva del nucléolo es la separación de la transcripción y la traducción, que ocurren simultáneamente en bacterias y arqueas. Las células antiguas con estructuras prenucleares requerían estrategias para permitir esta separación. El poxvirus se ejecuta identificación de ARNm, agregar una guanosina modificada a las transcripciones de ARNm, lo que permite la exportación y traducción nuclear en eucariotas, es una solución para la separación necesaria descrita anteriormente. Aunque estas similitudes no implican directamente que los eucariotas evolucionaron a partir de la infección por poxvirus, sugieren un ancestro común de estos genes y sugieren una contribución viral a la evolución de los eucariotas.

Explorando nuevas fronteras de fragmentación

Otra evidencia que respalda la contribución viral al núcleo son las numerosas infecciones virales que crean nuevos compartimentos celulares. El uso viral y la manipulación de la maquinaria del huésped para la replicación es un sello distintivo de la infección activa, que en algunos casos provoca una remodelación significativa de la arquitectura celular del huésped (membranas y proteínas) para generar nuevas estructuras. Muchos virus eucariotas y procariotas modernos crean compartimentos subcelulares para reproducirse en su interior. por ejemplo, El virus Pseudomonas produce 201 compartimentos de proteínas para separar la transcripción y la transcripción del ADN de la traducción.

Mientras tanto, Medusavirus, que infecta a la ameba eucariota, Acanthamoeba, se apodera del núcleo del huésped y utiliza Fragmentación para separar la replicación de la encapsulación del virión.. La partición alternativa se ha postulado como una forma de defender el mecanismo de replicación. ataque viral Por el contrario, como una forma de Protección del ADN viral De máquinas CRISPR, que actúan como inmunidad bacteriana frente a infecciones virales. A la luz de las muchas estrategias posibles para la formación viral de eucariotas, parece probable que los virus tuvieran un papel en la evolución nuclear.

Los virus esculpieron nuestra composición celular antes de diversificar las tres esferas de la vida al proporcionar a las células nuevas capacidades genéticas. Si bien no hay fósiles reales de la primera célula, la infección reciente apunta al papel de los virus en su evolución, y la integración viral en los genomas del huésped ha permitido que organismos de todos los ámbitos de la vida obtengan nuevas funciones y den forma efectiva al mundo que nos rodea.