Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Эволюциялық биология мен вирусологияның вирустар эволюциясына қатысты саласы.
Subfield of evolutionary biology and virology concerned with the evolution of viruses
Вирустық эволюция – вирустардың эволюциясын зерттейтін эволюциялық биология мен вирусологияның бір саласы. Вирустардың өмірлік циклы қысқа, ал көптеген, әсіресе РНК вирустарының, мутация деңгейі салыстырмалы түрде жоғары (бір геномдық мутация немесе одан да көп, әр репликация кезеңінде). Көптеген вирус мутациялары ешқандай пайда бермейді, тіпті вирустарға зиян келтіруі мүмкін, бірақ вирус мутациясының жоғары жылдамдығы және табиғи іріктеу вирустардың қонақ иесінің ортасындағы өзгерістерге жылдам бейімделуіне мүмкіндік береді. Сонымен қатар, вирустар жұқтырған иесінде әдетте көптеген көшірмелерді жасайды, сондықтан мутацияға ұшыраған гендер тез арада көптеген ұрпаққа берілуі мүмкін. Мутация және эволюция мүмкіндігі вирустың типіне байланысты өзгеруі мүмкін (мысалы, қос спиральді ДНК, қос спиральді РНК, бір спиральді ДНК), бірақ вирустардың мутацияға ұшу ықтималдығы жалпы алғанда жоғары. Вирустық эволюция – грипп (грипп вирусы), ЖИТС (ВИЧ) және гепатит (мысалы, В гепатиті) сияқты вирус инфекцияларының эпидемиологиясының маңызды аспектісі. Вирус мутациясының жылдамдығы тиімді вакциналар мен вирусқа қарсы препараттарды әзірлеуде де қиындықтар тудырады, себебі емдеу басталғаннан кейін бірнеше апта немесе ай ішінде резистентті мутациялар пайда болуы мүмкін. Вирустық эволюцияға қолданылатын негізгі теориялық модельдердің бірі – квазивирус модельі, ол квазивирусты ортада бәсекелесетін жақын туысқан вирус штаммдарының тобы ретінде анықтайды.
Viral evolution is a subfield of evolutionary biology and virology that is specifically concerned with the evolution of viruses. Viruses have short generation times, and many—in particular RNA viruses—have relatively high mutation rates (on the order of one point mutation or more per genome per round of replication). Although most viral mutations confer no benefit and often even prove deleterious to viruses, the rapid rate of viral mutation combined with natural selection allows viruses to quickly adapt to changes in their host environment. In addition, because viruses typically produce many copies in an infected host, mutated genes can be passed on to many offspring quickly. Although the chance of mutations and evolution can change depending on the type of virus (e. g., double stranded DNA, double stranded RNA, single strand DNA), viruses overall have high chances for mutations. Viral evolution is an important aspect of the epidemiology of viral diseases such as influenza (influenza virus), AIDS (HIV), and hepatitis (e. g. HCV). The rapidity of viral mutation also causes problems in the development of successful vaccines and antiviral drugs, as resistant mutations often appear within weeks or months after the beginning of a treatment. One of the main theoretical models applied to viral evolution is the quasispecies model, which defines a viral quasispecies as a group of closely related viral strains competing within an environment.
Кейінгі гипотезалар
Бірлескен эволюция гипотезасы (Көпіршік теориясы): Өмірдің бастапқы кезеңінде ерте репликаторлардың (өзін-өзі көбейтуге қабілді генетикалық ақпараттың бөліктері) қауымдастығы ыстық су бұлағы немесе гидротермальдық тетік сияқты қоректік заттарға жақын жерде болды. Бұл қоректік заттар сонымен қатар липид тәрізді молекулаларды өндірді, олар репликаторларды қоршауға болатын көпіршіктерге өздігінен жиналатын. Қоректік заттарға жақын жерде репликаторлар гүлденді, бірақ одан алыс, сұйылтылмаған ресурстар тек көпіршіктердің ішінде ғана кездесетін. Сондықтан эволюциялық қысым репликаторларды дамудың екі бағытына итеруі мүмкін: көпіршікпен бірігіп, жасушаларды құру; және көпіршікке еніп, оның ресурстарын пайдаланып, көбейіп, басқа көпіршікке өту, вирустарды құру. Химерлік шығу тегі гипотезасы: Вирустардың көбейту және құрылымдық модульдерінің эволюциясын талдау негізінде 2019 жылы вирустардың шығу тегі үшін химерлік сценарий ұсынылды. Сонымен қатар, РНК және ДНҚ FSF арасындағы ұзақ генетикалық қашықтық РНК әлемі гипотезасының жаңа эксперименталдық дәлелдері болуы мүмкін екенін көрсетеді, бұл жасушалық өмірдің эволюциясындағы ұзақ аралық кезеңді білдіреді. Жерде вирустар мен жасушалар арасындағы кең таралған өзара әрекеттесу және планетадағы ең ерте вирустардың іздерін анықтауға жеткілікті ескі тау жыныстарының болмауы вирустардың шығу тегі туралы гипотезаны нақты жоққа шығаруды қиын жасайды. Астробиологиялық тұрғыдан қарағанда, Марс сияқты аспан денелерінде жасушаларға ғана емес, сонымен қатар бұрынғы вириондардың немесе вироидтардың іздерін де белсенді түрде іздеу ұсынылған: жасушалардың болмауында вириондардың іздерін табу вирустар бірінші гипотезасын қолдауы мүмкін.
Coevolution hypothesis (Bubble Theory): At the beginning of life, a community of early replicons (pieces of genetic information capable of self replication) existed in proximity to a food source such as a hot spring or hydrothermal vent. This food source also produced lipid like molecules self assembling into vesicles that could enclose replicons. Close to the food source replicons thrived, but further away the only non diluted resources would be inside vesicles. Therefore, evolutionary pressure could push replicons along two paths of development: merging with a vesicle, giving rise to cells; and entering the vesicle, using its resources, multiplying and leaving for another vesicle, giving rise to viruses. Chimeric origins hypothesis: Based on the analyses of the evolution of the replicative and structural modules of viruses, a chimeric scenario for the origin of viruses was proposed in 2019. Furthermore, the long genetic distance between RNA and DNA FSFs suggests that the RNA world hypothesis may have new experimental evidence, with a long intermediary period in the evolution of cellular life. Definitive exclusion of a hypothesis on the origin of viruses is difficult to make on Earth given the ubiquitous interactions between viruses and cells, and the lack of availability of rocks that are old enough to reveal traces of the earliest viruses on the planet. From an astrobiological perspective, it has therefore been proposed that on celestial bodies such as Mars not only cells but also traces of former virions or viroids should be actively searched for: possible findings of traces of virions in the apparent absence of cells could provide support for the virus first hypothesis.
Эволюция
Вирустар дәстүрлі мағынада қазба жәндіктерін жасамайды, өйткені олар өсімдіктер мен жануарларды қазбалап шығаратын шөгінді тау жыныстарын құрайтын ең ұсақ коллоидты фрагменттерден әлдеқайда кішідірек. Алайда, көптеген организмдердің геномдарында эндогендік вирустық элементтер (ЭВЭ) бар. Бұл ДНҚ тізбектері – бұл ата-бабаларымыздан қалған, иесінің ұрықтық желісіне «басып кірген» көне вирустың гендері мен геномдарының қалдықтары. Мысалы, омыртқалы жануарлардың геномдарында ежелгі ретровирустардан алынған жүздеген, мыңдаған тізбектер бар. Бұл тізбектер вирустардың эволюциялық тарихы туралы құнды ретроспективті мәліметтер көзі болып табылады және палеовирология ғылымын тудырды. Вирустар өздерінің РНК (немесе ДНҚ) өзгерістері арқылы эволюциялайды, кейбіреулері өте жылдам, ал ең жақсы бейімделген мутанттар нашар бейімделгендерінен тез басып озады. Осы тұрғыдан алғанда олардың эволюциясы Дарвиндік болып табылады. Вирустардың иесінің жасушаларында көбейе түсуі оларды эволюциясын қозғайтын генетикалық өзгерістерге ерекше сезімтал етеді. РНҚ вирустары әсіресе мутацияға бейім. Иесі жасушаларында ДНҚ көбейген кезде қателерді түзету механизмдері бар, және олар жасушалар бөлінген сайын іске қосылады. Көптеген вирустар (мысалы, А гриппі вирусы) екі ұқсас штамм бір жасушаға жұққанда, өз гендерін басқа вирустармен «араластыра» алады. Бұл құбылыс генетикалық ауытқу деп аталады және көбінесе жаңа және қауіпті штаммдардың пайда болуына себеп болады. Басқа вирустар уақыт өте келе олардың гендеріндегі мутациялар біртіндеп жинақтала бастағандықтан, баяу өзгеріп отырады, бұл процесс антигендік дрейф деп аталады. Осы механизмдер арқылы жаңа вирустар үнемі пайда болып, олар туғызатын ауруларды бақылауға үнемі күш салу қажет. Қазіргі кезде вирустардың көпшілігінің ортақ ата-бабалары бар екені белгілі, және «вирустың алғашқысы» гипотезасы әлі толық қабылданбаса да, қазіргі вирустардың мыңдаған түрлерінің аз сандағы ежелгі түрлерден пайда болғанына күмән жоқ. Мысалы, морбиливирустар – бұл жануарлардың кең ауқымын жұқтыратын, бір-біріне жақын, бірақ ерекше вирустар тобы. Бұл топқа адамдар мен приматтарды жұқтыратын қызылша вирусы; иттер, мысықтар, аюлар, күзендер мен гиеналар сияқты көптеген жануарларды жұқтыратын иттің қызылша вирусы; ірі қара мал мен бұқаларды жұқтыратын ірі қара малдың обасы; және басқа да теңіз түлкілерінің, дельфиндердің және киттердің вирустары кіреді. Осы жылдам эволюциялайтын вирустардың қайсысы ең ерте пайда болғанын дәлелдеу мүмкін болмаса да, вирустардың осындай тығыз байланысты тобының әртүрлі иелерде кездесуі олардың ортақ ата-бабасының ежелгі болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Viruses do not form fossils in the traditional sense, because they are much smaller than the finest colloidal fragments forming sedimentary rocks that fossilize plants and animals. However, the genomes of many organisms contain endogenous viral elements (EVEs). These DNA sequences are the remnants of ancient virus genes and genomes that ancestrally 'invaded' the host germline. For example, the genomes of most vertebrate species contain hundreds to thousands of sequences derived from ancient retroviruses. These sequences are a valuable source of retrospective evidence about the evolutionary history of viruses, and have given birth to the science of paleovirology. Viruses evolve through changes in their RNA (or DNA), some quite rapidly, and the best adapted mutants quickly outnumber their less fit counterparts. In this sense their evolution is Darwinian. The way viruses reproduce in their host cells makes them particularly susceptible to the genetic changes that help to drive their evolution. The RNA viruses are especially prone to mutations. In host cells there are mechanisms for correcting mistakes when DNA replicates and these kick in whenever cells divide. Many viruses (for example, influenza A virus) can "shuffle" their genes with other viruses when two similar strains infect the same cell. This phenomenon is called genetic shift, and is often the cause of new and more virulent strains appearing. Other viruses change more slowly as mutations in their genes gradually accumulate over time, a process known as antigenic drift. Through these mechanisms new viruses are constantly emerging and present a continuing challenge in attempts to control the diseases they cause. Most species of viruses are now known to have common ancestors, and although the "virus first" hypothesis has yet to gain full acceptance, there is little doubt that the thousands of species of modern viruses have evolved from less numerous ancient ones. The morbilliviruses, for example, are a group of closely related, but distinct viruses that infect a broad range of animals. The group includes measles virus, which infects humans and primates; canine distemper virus, which infects many animals including dogs, cats, bears, weasels and hyaenas; rinderpest, which infected cattle and buffalo; and other viruses of seals, porpoises and dolphins. Although it is not possible to prove which of these rapidly evolving viruses is the earliest, for such a closely related group of viruses to be found in such diverse hosts suggests the possibility that their common ancestor is ancient.