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Neu entdeckte Viren können Hinweise auf den Aufstieg von komplexem Leben auf der Erde geben

Viren könnten die Schlüsselfaktoren in der Evolution des Menschen sein.

Eukaryotische Zellen. Meletios Verras/iStock

In einem Trio von Studien, veröffentlicht am 27. Juni in der Tagebuch Naturmikrobiologie, Forscher der University of Texas at Austin haben „Fingerabdrücke“ mysteriöser Viren entdeckt, die in einer alten Gruppe von Mikroben versteckt sind, die die Vorfahren allen komplexen Lebens auf der Erde umfassen könnten: von Pilzen über Pflanzen bis hin zu Menschen.

Diese Entdeckung ist bedeutsam; sie untersucht die Hypothese, dass Viren für die Evolution des Menschen und anderer komplexer Lebensformen unerlässlich waren.

Diese Mikroben – bekannt als Asgard-Archaeen nach dem Wohnsitz der Götter in der nordischen Mythologie – werden normalerweise in den kalten Sedimenten tief im Ozean und in kochenden Quellen gefunden und existierten vor den ersten auf der Erdeeukaryotisch Zellen, die ihre tragen DNA innerhalb eines Kerns.

Einige Wissenschaftler haben Hypothesen aufgestellt dass Viren möglicherweise eine Rolle bei der Entstehung von Lebensformen gespielt haben, indem sie die Asgard-Archaeen infizierten. Sie könnten sogar einige der ersten Vorläufer des Zellkerns hervorgebracht haben. Aber bisher wurden keine Asgard-infizierenden Viren entdecktDie neueste Forschung von Ian Rambo ein ehemaliger Doktorand an der UT Austin und andere Mitglieder von Brett Bakers Labor beleuchten, welche Rolle Viren in dieser Milliarden Jahre alten Geschichte gespielt haben könnten.

"Dies sind die ersten Studien, die Asgard-Archae-Viren untersuchen; vorher war nichts bekannt," Susanne Erdmann, Gruppenleiter der Archaeal Virology Research Group am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen, Deutschland, der nicht an den Studien beteiligt war, erzählt Live-Wissenschaft . In Zukunft könnte diese Forschungsrichtung zeigen, ob und wie Viren an der Entstehung eukaryotischer Zellen auf der Erde beteiligt waren, sagte sie.

Vergleich aller bekannten Virusgenome. Quelle: the Universität von Texas in Austin

'Ein adaptives Immunsystem'

In der neuen Forschung suchten Wissenschaftler nach Hinweisen auf eine Virusinfektion, die in die DNA von Asgard-Archaeen eingebettet ist – die in Form von viraler DNA namens „CRISPR-Spacer“ vorliegt.

Laut Rambo verbinden die meisten Leute, die an CRISPR denken, es mit dem berühmtes Gen-Editing-Tool das es Wissenschaftlern ermöglicht, genetische Sequenzen einfach zu manipulieren. Dieses Werkzeug wurde ursprünglich von den natürlichen Abwehrmechanismen von Bakterien und Archaeen übernommen.

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CRISPR bezieht sich auf eine DNA-Region, die aus kurzen, sich wiederholenden Sequenzen mit „Abstandshaltern“ zwischen jeder Wiederholung besteht. Interessanterweise klauen Bakterien und Archaeen diese Abstandshalter von Viren, die sie infizieren, und die Zellen behalten eine Gedächtnisbank von virale DNA das hilft ihnen, die Viren zu erkennen, falls sie erneut angreifen.

„Es ist ein adaptives Immunsystem, das sich an diese früheren Infektionen erinnert“, sagte Rambo, der jetzt Postdoktorand beim Agricultural Research Service des USDA ist.

Rambo und seine Kollegen hatten im Guaymas-Becken im Golf von Kalifornien – dem Gewässer zwischen Baja California und dem mexikanischen Festland – nach solchen DNA-Abstandshaltern in Asgard-Archaeen-Proben gesucht, die aus Sedimenten in der Nähe von Hydrothermalquellen gesammelt wurden, etwa 1,25 Meilen 2 Kilometer. unter der Wasseroberfläche.

Das Team ordnete die gefundenen Abstandshalter längeren Abschnitten viraler DNA zu, die aus der Tiefseeumgebung gesammelt wurden.

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Forscher verwendeten ein Tiefsee-Tauchboot, um Sedimentproben und Mikroben aus einem Becken im Golf von Kalifornien zu sammeln. Quelle: Brett Baker

Viele weitere Asgard-infizierende Viren müssen noch entdeckt werden

Die Forscher konnten anhand der viralen DNA ableiten, für welche Arten von Proteinen die verschiedenen Gene kodieren und wie die Viren funktionieren könnten.

Aber schließlich konnten sie nur die Funktionen einiger Gene der Viren herausfinden; die Funktionen der überwiegenden Mehrheit der Gene sind noch unbekannt, sagte Erdmann. Auch weil CRISPR nicht gegen alle Viren wirkt, vieleweitere Asgard-infizierende Viren müssen noch entdeckt werden, sagte sie.

Diese versteckten Viren konnten durch Züchtung von Asgard-Archaeen im Labor gefunden werden. „Die Kultivierung von Asgard-Archaeen hat sich jedoch als sehr schwierig erwiesen“, sagte Erdmann. Bis jetzt, nur eine Forschungsgruppe hat es geschafft, Asgard-Archaeen zu kultivieren, und sie haben 12 lange Jahre dafür gebraucht, da archaeale Zellen Wochen brauchen, um sich zu replizieren.

Aber bis mehr Asgards im Labor gezüchtet werden können, ist das CRISPR-Spacer-Matching wahrscheinlich der effizienteste Weg, um mehr Viren zu finden, sagte Krupovic. Je mehr Viren gefunden werden, desto mehr kann ihre Rolle bei der Entstehung von Eukaryoten, einschließlich Menschen, an Bedeutung gewinnenKlarheit, fügte Rambo hinzu.

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