Rokonaink, a vírusok

Az eddigi vírus-taxonómiák a 104 ismert víruscsaládból mindössze 26-ot tudtak  rendszerbe (7 vírus-rendbe) helyezni (az International Committee on the Taxonomy of Viruses munkája), azonban már ezek alapján is nyilvánvalónak tűnt, hogy az ugyanabba a vírus-rendbe tartozó vírusok közös őstől származhatnak, nyilatkozta Gustavo Caetano-Anollés, egy új, a virális evolúciót nyomon követő rendszer egyik megalkotója (szerzőtársa: Arshan Nasir).

Mint Caetano-Anollés elmondja, a vírusokat azért is nehéz rendszerezni, mivel a becslések szerint milliónál is több fajuk létezhet, azonban eddig mindössze 4.900 vírust szekvenáltak. Az új rendszer ezért inkább a vírusfehérjék strukturális építőköveire koncentrált, azokra a proteinszakaszokra, amelyek a vírusok 3 dimenziós alakját biztosítják (protein fold: fehérje-kanyarulat). E strukturális fehérjeszakaszok a vírusokon kívül az életfa valamennyi ágán elhelyezkedő sejt fehérjéiben is megtalálhatók, így változásaik nyomon követésével felrajzolható az evolúciós történelem. A virális fehérjék ráadásul a génekkel összehasonlítva alkalmasabbak is az evolúciós változások elemzésére, mivel a virális gének óriási mutációs rátája elfedi az evolúciós jeleket, mondja a Science Advances című szaklapban megjelent új vírusrendszer társszerzője. A tanulmány - A phylogenomic data-driven exploration of viral origins and evolution – megállapításai szerint a virális génekkel ellentétben a strukturális fehérjeszakaszok még akkor is megőrzik 3 dimenziós felépítésük sajátságait, ha az őket kódoló szekvenciák változásnak indulnak.

Az új rendszertan megalkotása érdekében a kutatók elemezték az összes ismert strukturális fehérjeszakaszt, és azonosítottak közöttük 422 olyan proteinkanyarulatot, amely a sejtekben és a vírusokban egyaránt megtalálható, továbbá találtak 66 olyan strukturális proteinszakaszt, amely csak a vírusokra jellemző (ezek a csak vírusokra jellemző proteinszakaszok a virális kapszidot alkotják). Caetano-Anollés szerint a rengeteg közös proteinszakasz léte arra utal, hogy a vírusok is az egységes életfába illeszkednek, egyedülálló proteinszakaszaik miatt pedig kijelenthető, hogy nem igaz az a korábbi nézet, miszerint a vírusok minden genetikai anyagukat sejtektől szerezték volna be. A fehérje-kanyarulatok alapján felállított új életfa szerint a vírusok és a modern sejtek ősei együtt éltek az evolúció korai szakaszában, és a vírusősök csak később tettek szert a kapszidfehérjékre, amik aztán lehetővé tették, hogy megfertőzzenek sejteket, és parazita életmódot éljenek. Mint Caetano-Anollés kifejti, sok más élőlény is rá van utalva más élőlényekre az életben maradás érdekében, így pl. a sejteken belül élő baktériumok vagy az obligát parazita gombák, azaz a parazita életmód nem cáfolja, hogy a vírusok is élőlények. Az óriási mimivírusok felfedezésével (a 2000-es évek elején) ráadásul az az elképzelés is megdőlt, hogy a vírusok nem képesek saját maguk fehérjét szintetizálni, ugyanis a mimivírusok rendelkeznek transzlációs proteineket kódoló génekkel.

Moduláris vírusépítő rendszer

Hiroki Ando első szerző és munkatársai, a Massachusetts Institute of Technology biomérnökei egy olyan vírusösszerakó rendszert hoztak létre, amelynek révén adott baktériumokat támadó fágok építhetők fel. A szintetikus vírusrendszer révén az emberi mikrobiom is szerkeszthetővé válik, írja a Cell Systems című szaklapban megjelent tanulmány (Engineering Modular Viral Scaffolds for Targeted Bacterial Population Editing). Így pl. antibiotikum-rezisztencia kialakulásának veszélye nélkül eltávolíthatunk káros baktériumfajokat, vagy állatkísérletekben kiszerkesztve az állat mikrobiomjából egy-egy ismeretlen funkciójú baktériumot, megnézhetjük, hogyan működik hiányukban a mikrobióta, és következtethetünk az adott baktériumfaj szerepére.

A kifejlesztett moduláris vírus nagy része – váza – változatlan, míg a farokrégió 1–3 génje cserélhető, és mint Timothy Lu, a tanulmány utolsó szerzője elmondja, a farokrégió határozza meg, hogy a vírus milyen fajta baktériumot tud megtámadni és elpusztítani. A MIT kutatóinak fejlesztése előtt a virális genom szerkesztése meglehetősen bonyolult volt, azonban Lu és munkatársai kidolgoztak egy hatékony és egyszerű technikát: a fág genomját egy élesztősejtbe illesztik, az ott mint egy mesterséges kromoszóma, az élesztősejt genomjától elkülönülten marad, és könnyen lehet hozzá géneket adni vagy belőle géneket elvenni. A módszer kidolgozása révén az is lehetővé vált, hogy a kutatók azonosítsák azokat a géneket, amelyek a vírusok farki részének felépítését kódolják, és már készen is van az első három féle bakteriofág, amelyeket olyan Gram-negatív baktériumok ellen lehet bevetni, amelyek ellen kevés antibiotikummal rendelkezünk (Yersinia, Klebsiella és néhány patogén E. coli). A bakteriofágok specificitása azért is előnyös, teszik hozzá a kutatók, mert így elkerülhető az antibiotikumok azon hatása, hogy a hasznos baktériumainkat is elpusztítják, az pedig, hogy a szintetikus vírusrendszer mindig ugyanazt a virális vázat használja, az engedélyezési folyamatokat gyorsíthatja fel.