바이러스의 경우, 단백질 코트에 깔끔하게 포장 된 소형 게놈은 세포를 침입하고 단백질 만들기 기계를 인계하여 스스로 복제 한 다음 다른 세포로 퍼지는 것입니다. 이를 성공적으로 수행하려면 바이러스의 작은 게놈 전체가 감염된 세포 내부에 있어야한다는 것이 자명 해 보일 수 있습니다. 최근 elife 에 발표 된 새로운 연구 그러나 그 가정을 뒤집습니다.
일부 바이러스는 숙주 세포를 개별적으로 감염시키는 여러 세그먼트로 분할 될뿐만 아니라 프랑스의 연구자들이 발견 한 것처럼, 이러한 골절 바이러스는 다수의 숙주 세포에 퍼즐 조각처럼 흩어져있는 게놈으로 번성 할 수 있습니다. 아마도 감염된 세포들 사이의 분자의 확산은 완전한 바이러스 입자가 복제, 자기 조립 및 신속하게 감염 될 수있게합니다.
Urbana-Champaign에있는 일리노이 대학교의 바이러스 학자 인 Christopher Brooke는“필요한 모든 유전자 제품을 함께 얻기 위해 실제로 모든 유전자 세그먼트가없는 세포에서 새로운 바이러스를 생산할 수 있습니다.
새로운 연구의 수석 저자이자 프랑스 국립 농업 연구 연구소 (Institut National De la Recherche Agromique, OR INRA)의 식물 병리학자인 Anne Sicard는“바이러스학의 고전적인 견해는 바이러스 복제주기가 개별 세포 내에서 발생한다고 가정한다. 그러나이“다수의”바이러스의 경우 그녀와 그녀의 동료들이 조사했다.“이것은 사실이 아닌 것 같습니다. 세그먼트는 세포를 독립적으로 감염시키고 식물 숙주 세포에서 독립적으로 축적합니다.” 그녀는 다음과 같이 덧붙였습니다.“바이러스가 단일 세포 수준에서 작동하지 않고 다세포 수준에서 작동한다는 것을 실제로 보여줍니다.”
.다수의 바이러스는 반세기가 넘게 알려져 왔으며, 연구자들은 바이러스가 둘 이상의 독립적 인 조각으로 구성 될 수 있다는 것을 깨달았으며, 이는 모두 감염에 필수적이었습니다. 예를 들어 필수 바이러스 효소를 만드는 데 한 조각이 필요할 수 있지만, 다른 하나는 바이러스 입자 (또는 비리 온)가 포장되어 다른 세포로 운반되는 캡슐을 만드는 데 필요합니다.
그러나 다수가되는 것은 상당한 위험을 초래합니다. 게놈의 일부는 쉽게 손실되거나 남겨질 수 있으며, 감염주기를 깨뜨려 나머지 부분을 파멸시킬 수 있습니다. 세그먼트는 자주 다른 비율로 발견되기 때문에 일부는 일반적 일 수 있지만 다른 부분은 드물지만 드문 일은 특히 쉽게 손실 될 수 있습니다.
따라서 과학자들은 다중 바이러스를 발견 한 이래로 궁금해했습니다. “왜 지구상에서 바이러스가 이것을합니까? 게놈을 분리하는 이유는 무엇입니까? 별도로 포장 된이 세그먼트를 갖는 장점은 무엇입니까?” 네덜란드 생태학 연구소의 진화 바이러스 학자 인 Mark P. Zwart에게 물었다.
이러한 질문을 탐구하기 위해, 이론가들은이 다중 생활 양식이보다 전형적인 바이러스 성 조상에서 발전 할 상황을 예측하기 위해 모델을 개발했으며, 모두 바이러스 세그먼트의 전체 세트가 하나의 세포를 응시해야한다는 가정을 바탕으로 구축되었습니다. 그러나 결과는 당황했습니다. 2012 년의 연구에 따르면 다중 분류의 이점이 무엇이든 단점은 너무 커서 4 개 이상의 세그먼트가있는 바이러스는 불가능해야한다고 결론 지었다. 그러나 Faba Bean 괴사 스턴트 바이러스 (FBNSV)와 같은 일부 다중 바이러스는 각각 다른 입자로 운반되는 8 개의 세그먼트를 갖는 것으로 알려져 있습니다. 이론적으로는 진화 할 수 없었습니다. 그 존재를 설명 할 수있는 것은 무엇입니까?
INRA의 식물 바이러스 학자이자 새로운 연구의 선임 저자 인 Stéphane Blanc은“우리는 이러한 바이러스를 개념화하는 방식이 잘못되어야한다고 생각했습니다. 그들은 감염이 작동하기 위해 모든 세그먼트가 세포 내에 함께 있어야한다는 주요 가정을 확인하기로 결정했습니다. "아무도 함께 테스트하지 않았기 때문에 함께 있어야했기 때문에 이전에 이루어지지 않았다"고 그는 말했다.
.그들이 FBNSV 감염을 면밀히 조사했을 때 발견 한 것은 그것들을 날려 버렸습니다. 다른 착색 형광 프로브로 한 번에 2 개의 바이러스 세그먼트를 태그함으로써, 팀은 바이러스 세그먼트의 전체 보완이 대부분의 개별 숙주 식물 세포의 대다수가 없음을 알 수있었습니다. 또한, 연구자들은 바이러스 복제에 필요한 단백질이 게놈 세그먼트를 코딩하지 않은 세포에 존재한다는 것을 보여 주었다.
.이것으로부터, 그들은 바이러스 입자가 세포들 사이에서 유전자 생성물 (메신저 RNA 분자 또는 단백질)을 공유해야하므로 각 입자가 캡슐로 확산되어 스스로를 포장 할 수 있도록 세포간에 유전자 생성물을 공유해야한다고 추론했다. 식물 세포에서 필요한 구성 요소가 정확히 공유되는 방법은 완전히 이해되지 않았지만 Blanc과 그의 팀은이를 조사하고 있습니다. 그 대답은 플라스 모드 스마타, 식물 세포벽을 통해 연장되고 인접한 세포가 다른 단백질을 공유 할 수있는 미세한 운하 네트워크를 포함 할 수 있습니다.
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이 새로운 이해는 다자 바이러스가 식물 내에서 감염을 유지할 수있는 방법을 설명하지만, 어떻게 퍼지는 지에 대한 새로운 미스터리를 열어줍니다. 예를 들어, FBNSV는 Faba Bean Plants를 섭취하는 진딧물에 달려 있습니다. 그러나 작은 곤충은 FBNSV의 8 개 세그먼트를 모두 총체적으로 포착하여 동일한 식물에 소개하여 감염을 성공적으로 전달해야합니다. 아마도, 진딧물이 8 개의 입자의 하위 집합 만 선택하기 때문에 많은 비율의 감염 사건이 성공하지 못할 것입니다.
Blanc은“입자가 모든 세포에 도달 할 필요가 없기 때문에 호스트 내 수준에서 문제를 완화시킨다”고 말했다.
바이러스가 다수의 라이프 스타일로부터 혜택을받는 이유는 논쟁의 여지가 있습니다. Blanc은 한 가지 아이디어는 게놈을 분할하면 각 세그먼트가 유전자 발현을 조절하는 빠른 방법으로 주파수가 변할 수 있다고 말한다. 바이러스가 새로운 숙주를 감염시킬 때마다 세그먼트의 주파수가 변할 때마다 바이러스가 새로운 세포 환경에서 가장 잘 작동하는 유전자 발현의 양을 테스트 할 수 있습니다.
탬파 대학교의 바이러스 학자 인 에릭 프로인드 (Eric Freundt)는 숙주 공장의 타고난 방어가 특정 바이러스 단백질을 발현하는 세포 만 파괴 한 다음 다른 입자에 유전자를 분포시키는 것이 일부 세포에서 바이러스가 감지되지 않도록 보장 할 수 있다고 추측합니다. Freundt는 또 다른 가능성이“전개 된 단백질 반응”주위의 분포 발끝으로, 바이러스가 한 번에 모든 단백질을 생산하려고 시도함으로써 세포를 압도 할 때 세포를 죽일 수 있다고 제안했다. 바이러스는 많은 식물 세포에 게놈을 분배함으로써 단일 세포의 기계를 압도하는 것을 피할 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 Blanc와 Freundt는 이것이 단지 가설이라는 것을 신속하게 인정합니다. 블랑은“그들의 진화의 이유는 여전히 미스터리입니다.
Zwart는 다중 분류의 장점에 대한 대부분의 아이디어는 바이러스를 다른 감염 단위로 분할하지 않고 실제로 게놈 세분화에 관한 것이라고 지적합니다. 게놈을 세그먼트로 분리하면 다른 바이러스가 다양한 유리한 형태의 유전자를 쉽게 재결합 할 수 있습니다.
애리조나 주립 대학의 바이러스 학자 인 Arvind Varsani는 동의합니다. "모듈 식 관점에서 볼 때 각 모듈이 독립 할 수있는 다 성분 바이러스의 장점을 볼 수 있습니다." 다수의 동구 바이러스가있는 식물에서는“원소를 훨씬 더 빨리 얻고 혼합 및 일치시켜 환경에 적응할 수 있습니다.”
.이 전략의 강점에 대한 증거는 재확인의 마스터 인 인플루엔자 바이러스에서 찾을 수 있습니다. 독감 게놈은 또한 8 개의 세그먼트를 갖지만,이 세그먼트는 하나의 바이러스 캡슐에 함께 포장되어있다. 이를 통해 다중 분류 비용을 지불하지 않고 세분화의 이점을 얻을 수 있습니다.
그러나 독감은 처음으로 눈을 맞추는 것보다 FBNSV와 더 유사 할 수 있습니다. Brooke는 변형에 따라 독감 바이러스 입자의 작은 분획 (1-10 %)만이 8 개의 게놈 세그먼트의 기능적 카피를 포함한다는 것을 발견했습니다. "대부분의 독감 입자는 이러한 불완전하거나 우리가 생산적인 복제를 시작할 수없는 반 감염자 입자라고 부르는 것"이라고 그는 설명했다. "이것은 성공적이고 고도로 전염성이있는이 바이러스가 스스로 복제 할 수없는 입자로 크게 존재한다는 것을 암시하기 때문에 놀랍습니다."
.그는“바이러스가 개별 비리 온 입자보다는 집단으로 어떻게 작동하는지 묻는다.
그 중요성의 일부는 개념적입니다. 개별 바이러스 캡슐 내부의 DNA를 게놈을 정의하는 것으로 생각하는 것은 너무 제한적 일 수 있습니다. 대신, 전체 바이러스 집단에 걸쳐 표현 된 유전자의 제품군으로서 바이러스 게놈을 상상하는 것이 좋습니다. 이론가들은 이미 그 의미를 탐구하고있다.
Zwart는 여러 수준의 자연 선택 측면에서 이러한 바이러스의 진화를 프레임하는 방법과 같은 새로운 이론적 모델이 곧 이러한 통찰력을 탐구하기 위해 곧 나올 것으로 기대합니다. 개별 숙주 공장 내에서, 자연 선택의 지역 세력은 바이러스가 세그먼트의 생산 속도의 균형을 성공적으로 균형을 이룰 수 있습니다. 그러나 바이러스가 새로운 식물로 이동하면 새로운 호스트 환경에도 적응할 수 있어야하므로 다목적 성을 유지해야합니다. 따라서 더 높은 수준의 선택은 때때로 국소 수준을 강화하고 세그먼트의 비율을 더 고르게 재조정 할 수 있습니다.
Zwart는“모든 역학에는 풍부함이 있습니다. "정말 매력적입니다."
