ویروس‌های غول‌پیکر، تکامل اسرارآمیز بخش مهمی از سلول‌های ما را توضیح می‌دهند

سلول‌های ما هنوز اسرار زیادی درباره‌ی منشأ خود دارند که از آن‌ها بی‌خبریم؛ اما ویروس‌های غول‌پیکری که اخیرا کشف شده‌اند، ممکن است سرنخ‌هایی از یکی از این اسرار، یعنی پیدایش اسرارآمیز انبار اصلی دستورالعمل‌های ژنتیکی (هسته)، داشته باشند.

وجود هسته وجه تمایز سلول‌های یوکاریوتی از دیگر اشکال سلولی حیات است. باکتری‌ها و باستانیان (آرکیاها) حلقه‌ای بزرگ یا قطعه‌ای آزاد از DNA دارند که در مایعات سلولی آن‌ها شناور است. اشکال پیچیده‌تر حیات نظیر گیاهان و جانوران مواد ژنتیکی خود را به‌طور ماهرانه‌ای در اطراف پروتئین‌هایی به‌نام هیستون ذخیره می‌کنند و آن‌ها را در اندامک‌های خاصی به‌نام هسته جاسازی می‌کنند؛ اما یکی از سؤال‌های در ذهن دانشمندان این است: چگونه هسته شکل گرفته است؟

در سال ۲۰۱۹، ماساهارو تاکمورا، ویروس‌شناس دانشگاه توکیو و همکارانش ویروس غول‌پیکری را کشف کردند که می‌توانست سلول آمیب (Acanthamoeba castellanii) ربوده‌شده را مجبور کند پوشش پوسته‌مانندی در اطراف خودش تشکیل دهد. آن‌ها آن را مدوساویروس نام نهادند که برگرفته از نام مدوسا، نگهبان افسانه‌ای است که می‌توانست مردم را به سنگ تبدیل کند.

اکنون، تاکمورا فرضیه‌ی جدیدی درباره‌ی تکامل هسته‌ پیشنهاد کرده است که قطعات DNA بسته‌بندی‌شده با پروتئین را شامل می‌شود. همانند بسیاری از موضوعات زیست‌شناسی، این فرایند فرضی نیز مبهم و پیچیده است؛ اما تاکمورا فکر می‌کند شاید چیزی شبیه آن رخ داده باشد.

سلول‌های اولیه یوکاریوتی دارای DNA آزاد با ویروس‌های غول‌پیکر آلوده شدند. این ویروس‌ها از غشای سیتوپلاسمی سلول استفاده کردند و آن‌ها را محکم در اطراف خود کشیدند تا از فرایند تکثیر ویروس درون سلول محافظت کنند. با گذشت زمان، سلول میزبان همین کار را برای DNA خود انجام داد تا از آن دربرابر حمله ویروس محافظت کند؛ درحالی‌که در همان حین، ژن‌هایی برای هیستون‌ها تکامل داد تا DNA خود را بیشتر فشرده کند. این ژن‌ها اکنون در DNA ویروسی نیز یافت می‌شوند.

تشابهات میان غشاهایی که ویروس‌ها از آن‌ها برای تکثیر درون سلول‌ استفاده می‌کنند و غشاهای هسته‌ی سلول‌های ما موجب شد پژوهشگران گمان کنند که سلول‌های اجدادی ما برای محافظت از ژنوم خود دربرابر حمله‌ی ویروس‌ها نوعی استراتژی نظیر استراتژی ویروس‌ها ابداع کرده‌اند.

حدس می‌زنم بخشی از همانندسازی DNA ویروسی ممکن است به همانندسازی ژنوم میزبان کمک کرده باشد و مزیت‌های تکاملی به‌همراه داشته است.

ماده‌ی ژنتیکی بزرگ ویروس‌های غول‌پیکری مانند پاکس‌ویروس‌ها بیش از ۴۰۰ پروتئین را کد می‌کند. برخی از آن‌ها مانند پروتئین کلاهک RNA پیام‌رسان پروتئین‌هایی هستند که در یوکاریوت‌ها نیز وجود دارند؛ اما این پروتئین‌ها در باکتری‌ها یا باستانیان دیده نمی‌شود.

همچنین، تجزیه‌و‌تحلیل مولکولی DNA پلیمراز پاکس‌ویروس‌ نشان داده است که این DNA پلیمراز ارتباط نزدیکی با DNA پلیمراز یوکاریوتی دارد. تاکمورا خاطرنشان می‌کند:

هنوز بخش‌های زیادی از این فرضیه باید آزمایش شود؛ اما با نظریه‌ی برجسته‌ی تکامل هسته سازگار است؛ نظریه‌ای که می‌گوید غشاهای هسته‌ از غشای درونی سلول‌های یوکاریوتی اولیه حاصل شده‌اند. همچنین، به توضیح برخی از فرایندهایی کمک می‌کند که ممکن است در آن نقش داشته باشد. فرضیه‌ی به‌روزرسانی شده‌ی جدید می‌تواند تأثیر عمیقی روی مطالعه‌ی منشأ سلول‌های یوکاریوت بگذارد و مبنایی برای بحث بیشتر درباره‌ی نقش ویروس‌ها در تکامل هسته یوکاریوتی فراهم کند.

این پژوهش در مجله‌ی Frontiers in Microbiology منتشر شد.