גילוי נגיף ענק יכול לשכתב את מקורם של חיים מורכבים

במשך עשרות שנים, מדענים ניסו להבין מהיכן הגיעו הנגיפים, כיצד הם התפתחו וכיצד הם משתלבים בעץ החיים. פרופסור מסהארו טאקמורה מבית הספר לתואר שני למדעים באוניברסיטת טוקיו למדע (TUS), יפן, היה דמות מובילה במאמץ זה. בשנת 2001, הוא וד"ר פיליפ בל מהמחלקה למדעי הביולוגיה באוניברסיטת מקווארי, סידני, הציעו באופן עצמאי את תיאוריית מקור הנגיף הגרעיני התא, הידועה גם בשם אוקריוגנזה ויראלית (מונח שטבע ד"ר בל).

השערה זו מציעה שייתכן שהגרעין של תאים אאוקריוטיים (תאים שהגרעין שלהם קשור בקרום) מקורו אולי בנגיף DNA גדול כמו נגיף אבעבועות שהדביק אב קדמון ארכאי (מיקרואורגניזמים חד-תאיים). במקום להרוס את המארח שלו, ייתכן שהנגיף ביסס נוכחות יציבה בציטופלזמה. עם הזמן, סביר להניח שהוא ספג גנים חשובים מהתא המארח והפך בהדרגה למה שאנו מכירים כיום כגרעין של תאים אוקריוטיים. אם היא נכונה, תיאוריה זו פירושה שייתכן כי וירוסים מילאו תפקיד מרכזי בעלייתם של חיים מורכבים.

וירוסי DNA ענקיים ומפעלי וירוסים

התמיכה ברעיון זה גדלה בשנת 2003 עם גילוי נגיפי DNA ענקיים. כאשר וירוסים אלה מדביקים תאים, הם יוצרים מבנים הידועים כמפעלי וירוסים בתוך המארחים שלהם. במקרים מסוימים, מפעלים אלה מוקפים בממברנות ומשמשים כאתרים לשכפול DNA, המזכירים גרסה פרימיטיבית של גרעין תא. דמיון זה חיזק את הקשר האבולוציוני המוצע בין וירוסים לתאים מורכבים.

בשנים האחרונות, חוקרים זיהו נגיפי DNA ענקיים נוספים. ביניהם בני משפחת ה-Mamonoviridae, המדביקים את ה-Akanthamoeba (סוג של אמבה, שהיא מיקרואורגניזם חד-תאי), ו-clandestinovirus, נגיף קרוב שמדביק את הוורממבות (סוג אחר של אמבה ממשפחה אחרת).

גילוי של Ushikuvirus

במחקר חדש שפורסם ב- כתב עת לווירולוגיהפרופ' טקמורה ומשתפי פעולה במכון הלאומי למדעי הטבע (NINS), יפן, מתארים וירוס DNA ענק נוסף שמדביק אמבה. הנגיף, שנקרא אושיקו-וירוס על שם אגם אושיקו במחוז איבארקי, יפן, שם היה מבודד, מוסיף ראיות נוספות התומכות בהשערת מקור הנגיף הגרעיני.

צוות המחקר כלל את מר Jiwan Bae וגברת Narumi Hantori, סטודנטים לתואר שני בבית הספר לתואר שני למדעים, TUS, יחד עם ד"ר ריימונד ברטון-סמית' ופרופסור קזויושי מוראטה מ-NINS.

"אפשר לומר שווירוסים ענקיים הם אוצר שעולמו טרם הובן במלואו. אחת האפשרויות העתידיות של המחקר הזה היא לספק לאנושות השקפה חדשה המחברת בין עולם האורגניזמים החיים לעולם הנגיפים", אומר פרופ' טקמורה.

אסטרטגיית מבנה וזיהום ייחודית

וירוסים ענקיים נפוצים בטבע, אך קשה לבודד אותם. הם גם מגוונים להפליא, מה שהופך כל תגלית חדשה למשמעותית. אושיקו-וירוס מדביק ורמובה, בדומה ל-clandestinovirus, וחולק קווי דמיון מבניים עם משפחת הממונובירידים, במיוחד מדוזה. מדוזה-וירוס ידוע בצורתו האיקוסהדרלית ובמספר קוצים קצרים המכסים את פני הקפסיד שלו.

עם זאת, ushikuvirus גם מציג הבדלים חשובים. זה מפעיל אפקט ציטופטי מובהק שגורם לתאי וורממבה נגועים לגדול בצורה יוצאת דופן. משטח הקפסיד שלו מכיל מבני ספייק מרובים ומעליהם מכסים ייחודיים, חלקם עם הרחבות דמויות חוטים שלא נראו בנגיפים של מדוזה.

הבדל מרכזי נוסף טמון באופן שבו הנגיף משתכפל. מדוזה וירוסים ו-clandestinovirus מתרבים בתוך גרעין מארח שלם. לעומת זאת, אושיקו-וירוס מפרק את הממברנה הגרעינית במהלך השכפול כדי לייצר חלקיקים ויראליים חדשים. התנהגות זו מעידה על קשר אבולוציוני אפשרי בין וירוסים ממשפחת Mamonoviridae המשתמשים בגרעין השלם כמפעל ויראלי לבין וירוסים ענקיים כגון נגיף הפנדורה המשבשים את הממברנה הגרעינית. מדענים מאמינים שהבדלים אלה עשויים לשקף התאמות למארחים שונים לאורך זמן.

רמזים לאבולוציה איקריוטית

על ידי בחינת הווריאציות המבניות והתפקודיות הללו, החוקרים משיגים תובנה כיצד התגוונו וירוסים ענקיים וכיצד ייתכן שהאינטראקציות שלהם עם תאי מארח השפיעו על התפתחות החיים האיקריוטיים המורכבים.

"גילויו של וירוס חדש הקשור ל-Mamonoviridae, 'ushikuvirus', שיש לו מארח שונה, צפוי להגביר את הידע ולעורר דיון בנוגע לאבולוציה והפילוגניה של משפחת ה-Mamonoviridae. כתוצאה מכך, מאמינים שנוכל להתקרב לתעלומות האבולוציה של האיקריוטים האיקריוטים והאורגניזמים של טייק-הווירוסים, אומר פרופסור.

השלכות פוטנציאליות בתחום הבריאות

לגילוי של נגיפי ענק מדביקי אמבה עשוי להיות גם ערך מעשי. מינים מסוימים של Acanthamoeba יכולים לגרום למחלות קשות, כולל דלקת מוח אמבית. הבנה מעמיקה יותר של האופן שבו וירוסים ענקיים מדביקים והורסים אמבות יכולה בסופו של דבר לעזור לחוקרים לפתח גישות חדשות למניעה או לטיפול בזיהומים אלה.

ד"ר מסהארו טאקמורה הוא פרופסור במחלקה למתמטיקה וחינוך מדעי, בית הספר לתואר שני למדעים באוניברסיטת טוקיו למדע, יפן. המחקר שלו מתמקד בביולוגיה של נגיפים ענקיים, אוקריוגנזה ויראלית וחינוך לנגיפים. הוא פרסם יותר מ-120 מאמרים מדעיים וקיבל למעלה מ-2,500 ציטוטים. מטרתו ארוכת הטווח היא להבהיר כיצד התפתחו וירוסים ואיקריוטים ענקיים וליצור חומרים חינוכיים המשפרים את אוריינות הנגיפים.

מחקר זה נתמך על ידי מענק JSPS/KAKENHI מספר 20H03078 ומחקר משותף של מרכז המחקר החקרני על מערכות חיים ומערכות חיים (ExCELLS) (תוכנית ExCELLS מס' 22EXC601-4).