Microbiologie in hapklare porties
Mimivirus – een reus in een kleine wereld.
Mimivirussen maken deel uit van de grootste virussen die we kennen: ze zijn 2 tot 40 keer groter dan andere virussen en zijn zelfs zo groot dat ze op hun beurt geïnfecteerd kunnen worden door kleinere virussen die Sputnik virofagen worden genoemd. Mimivirussen zijn in 1992 ontdekt, waarbij er eerst werd gedacht dat het bacteriën waren gebaseerd op de eerste observaties. Ze werden Mimivirus genoemd, afkomstig van ‘mimicking microbes’ (het nabootsen van microben) en zijn voornamelijk te vinden in amoeben (eencellige organismen).
Kom meer te weten over verschillende virussen en hun vorm en grootte bij National Geographic (Engels):
De oorsprong van deze reusachtige virussen is nog steeds niet bekend. Er zijn echter wel verschillende hypothesen voor het ontstaan:
- De virale wereld bestond voor LUCA. Dit is een acroniem voor last universal common ancestor, oftewel ‘laatste universele gemeenschappelijke voorouder’. Het virus is dus op zichzelf zo geëvolueerd gedurende zijn bestaan, zonder inmenging van andere organismen. (Forterre and Prangishvili 2013)
- Reusachtige virussen zijn geëvolueerd uit hun cellulaire gastheer door reductieve evolutie. Dit houdt in dat complexere organismen langzamerhand hun genen verliezen en ‘simpeler’ worden.
(Claverie 2006; Nasir et al. 2012a; Nasir and Caetano-Anollés 2015) - Mimivirussen virussen zijn geëvolueerd door genen van de gastheer te kopiëren en deze aan hun eigen genoom toe te voegen. De organismen zouden dus oorspronkelijk een klein genoom hebben gehad maar deze nadien hebben uitgebreid.
(Shackelton and Holmes 2004; Moreira and Brochier-Armanet 2008) - Het waren oorspronkelijk kleine virussen en hebben genen van eukaryotische gastheren en andere cellulaire organismen overgenomen door middel van horizontale genoverdracht (overdracht van DNA tussen organismen).
(Koonin, Krupovic, et al. 2015; Koonin and Yutin 2018)
Andere groepen stellen voor om reusachtige virussen te hernoemen in een vierde domein van het leven als TRUC, acronym voor Things Resisting Uncompleted Classification (dingen die niet compleet geclassificeerd kunnen worden). (Boyer et al. 2010; Raoult 2013)
Om het ontstaan van de reusachtige virussen beter te begrijpen hebben Patil en Kondabagil gekeken naar de complexiteit en de evolutie van het DNA-replicatiesysteem in Mimivirus. Hiervoor vergeleken ze het DNA-replicatie-mechanisme van het Mimivirus met dat van andere organismen, met name: een ander virus – bacteriofagen (T4), bacteriën (E. coli), archaea en eukaryoten.
Het kopiëren van DNA, m.a.w. DNA-replicatie, is een complex proces dat gebruik maakt van verschillende eiwitten. Deze eiwitten kunnen bijvoorbeeld dienen om de dubbele DNA-streng te openen, het opgerolde DNA te ‘ontrollen’ voordat replicatie kan plaatsvinden of om een primer te maken (en die vervolgens weer te verwijderen). Verder kunnen ze ook ‘simpelweg’ het DNA kopiëren, DNA-fragmenten terug aan elkaar koppelen en nog zoveel meer (zie de figuur en het fragment hieronder).
De eiwitten die bij deze activiteiten betrokken zijn, zijn zeer verschillend voor elk type organisme dat gebruikt werd in deze studie. Bij de T4 bacteriofagen is dit systeem bijvoorbeeld het meest rudimentair. De complexiteit stijgt echter naarmate het genoom groter is. Zo heeft het systeem in de E. coli bacterien al ongeveer 30 verschillende eiwitten nodig om het proces tot een goed einde te brengen. Voor archaea lijkt het systeem zelf qua complexiteit op het systeem van eukaryoten, maar lijken de eiwitten die daarbij worden gebruikt meer op die van bacteriën. In eukaryoten is het systeem het meest complex omdat het genoom een heel stuk groter is en daarom meer eiwitten nodig heeft.
De auteurs hebben dus de verschillende mechanismen van de micro-organismen met elkaar vergeleken en kwamen tot de conclusie dat het kopieersysteem van Mimivirus al heel vroeg in de evolutie van het virus is ontstaan. Dit versterkt de hypothese dat het Mimivirus is ontstaan vanuit een meer complexe voorouder.
Maar welke voorouder? Er blijven twee hypotheses over:
- Een complexe cellulaire voorouder die zijn genen heeft verloren (hypothese 2)
- Een simpele virale voorouder die genen heeft verkregen van externe organismen (hypothese 4)
De auteurs laten zien dat in het Mimivirus vijf van de negen kopieer-eiwitten afkomstig zijn van eukaryoten, twee van een bacterie, één van een bacteriofaag en één van onbekende oorsprong. Gebaseerd op deze resultaten stellen ze voor dat Mimivirussen mogelijk geëvolueerd zijn uit een complexe cellulaire voorouder die in de loop van de tijd genen heeft verloren door reductieve evolutie.
Het is nog niet bekend vanuit welke voorouders de reuzevirussen zijn ontstaan, en er zal dus meer onderzoek nodig zijn om dit verder te ontrafelen. Voor nu suggereren de auteurs dat hypothese 2 het meest waarschijnlijk is om de oorsprong van grote virussen zoals het Mimivirus te verklaren.
Link naar het originele artikel: Supriya Patil, Kiran Kondabagil, Coevolutionary and Phylogenetic Analysis of Mimiviral Replication Machinery Suggest the Cellular Origin of Mimiviruses, Molecular Biology and Evolution, 2021
Doi: https://doi.org/10.1093/molbev/msab003
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 