Биохимична еволюция на живота Част 4

 

БИОХИМИЧНА ЕВОЛЮЦИЯ НА ЖИВОТА


  ЧАСТ 4: Произход и еволюция на  вирусите


  Светът на живата природа е  изключително многообразен. Днес на науката са известни около 600 хиляди вида  растения, два милиона вида животни (от които около милион насекоми) и множество  микроорганизми. Броят на живите организми не може да се определи, поради факта  че ежедневно се откриват нови и нови видове.
  Заедно с най-висшите организми, в природата съществуват и  много по-просто устроени организми, които се вписват в съвсем отделни категории.  Задачата ни тук е да обърнем внимание точно на тези ”организми”, които не са  класифицирани в нито едно от известните ни животински царства. Става дума за вирусите  – надмолекулни комплекси на границата между живото и неживото, които изграждат  собствен свят на уникална организация..
  Всеки преживял вид (бил той прокариотна или еукариотна  клетка) е много добре приспособен към средата, в която съществува, и може да се  конкурира с другите видове, с които влиза във взаимоотношение. В тази  конкуренция място заемат и просто устроените неклетъчни форми – вирусите.  Вирусите са интересни със своята способност да бъдат живи само в живите клетки,  където проявяват характеристиките на ”живи организми”. Същевременно, извън  клетката, те се разглеждат като кристали. Това създава доста главоболия на  изследователите, които се опитват да ги класифицират и да обяснят какво точно  представляват вирусите.
  Още древните римляни знаели редица заболявания,  причинявани от вирусни инфекции, но не можели да си обяснят произхода им.  Основоположник на вирусологията и откривател на вирусите е руският ботаник  Дмитрий Ивановски. През 1892 г. Ивановски прави следния важен опит, за който използва  листа от тютюневи растения, заразени с неизвестна тогава болест. Въпросната  болест причинява появата на петна по листата на тютюна. Ученият филтрира извлек  от такива листа и установява, че филтратът има инфекциозни свойства, т.е. може  да преминава през мембраните на филтъра. С други думи, причинителят на  заболяването е по-малък от бактериите, защото може да премине през филтър, през  който бактерийните клетки не могат да го сторят. По-късно, през 1899 г., холандският микробиолог Мартинус Бейеринк предложил  название на този инфекциозен агент – ”вирус”, което на латински означава ”отрова”.  През 1935 г. Уендъл Стенли, американски биохимик и вирусолог, изолира в  кристален вид вируса на тютюневата мозайка и  установява, че болестотворността му се запазва.
  С откриването на електронния микроскоп, устройството на  вирусите започва да се изяснява. През 1956 г. вирусът е разчленен на съставни  части – рибонуклеинова киселина (РНК) и белтък. Установява се, че РНК обуславя  специфичността на вируса, а белтъчната обвивка е със защитно значение за него.  Размерите им варират от 20 до 300 nm (нанометра = 10‾9 метра)  или те са около 50 пъти по-малки от бактериите. Най-малък е вирусът на шапа –  10 nm. Най-голям е  вирусът на едрата шарка по говедата – 350 nm.
  Както научихме от изнесеното дотук, днес в научните среди  все още няма единно мнение дали вирусите са живи организми. Извън клетката  гостоприемник, те притежават само част от свойствата на живота, абсолютни  паразити са, не осъществяват обмяна на веществата, не могат да се  възпроизвеждат, не синтезират белтъци, нямат промишлена стойност. За  възпроизводството си използват апарата на клетката гостоприемник, нейните  ензими, градивни вещества и енергия, за да синтезират свои, необходими за  съществуването им, материали.
  Вирусите са по-просто устроени и от най-просто устроените  бактерии. В природата те представляват надмолекулни комплекси от нуклеинови  киселини и белтъци, които не проявяват признаци на живот. Могат да съдържат ДНК  (дезоксирибонуклеинова киселина) или РНК. Сърцевината (или вътрешността) на  вируса е молекула нуклеинова киселина, носеща неговата генетична информация. Тя  е защитена от белтъчна обвивка, наречена капсид, а самата вирусна частица носи  названието вирион. Вирионите са извънклетъчната форма на вирусите, която не  проявява признаци на живот.
  Ако за основните функции и химичен строеж се знае много,  то за възникването на вирусите днес не може да се каже почти нищо. Въпросът за  тяхната еволюция е повече от сложен. Основна трудност представлява фактът, че  не могат да се открият палеонтологични данни за възникването им. Въпреки това, тук  ще разгледаме един от възможните аспекти на поява на тези ”странни”  надмолекулни комплекси (НМК), които владеят света и до днес.
  Поради сравнително опростената им организация, дълго  време се смяташе че вирусите са далечни предшественици на праклетката, които  могат да се разглеждат и в светлината на нейната еволюция. Това обаче никак не  се връзва с физикохимичните данни, които имаме за структурата на вирусите. Те  не могат да се възпроизвеждат във външни условия. За целта е необходима клетка,  т.е. подходящо ”място за размножаване”. Ако се приеме, че вирусите са  възникнали преди клетките, то отворен остава въпросът къде са се размножавали  преди да се появят първичните клетки, наречени още праклетки. Отговор на този  въпрос не може да се даде. Това означава, че самите вируси, като НМК, са  продукт на еволюцията, който се е появил след идването на бял свят на  праклетката.
  Тук прескачаме на другия полюс на хипотезите. Щом  вирусите са се появили след клетките, то това автоматично означава, че те са организми  деградирали в еволюционно отношение, които чрез процеса катаморфоза са се  опростили достатъчно, за да оцелеят в заобикалящата ги среда. Ако е имало  такова опростяване на протоклетки, това най-вероятно е станало на границата на  поява на еукариотите.
  Днес е известно, че отделни прокариотни клетки могат да  спорообразуват, като например бацилите (пръчковидните бактерии). По този начин  те преживяват неблагоприятните за тях условия на средата. Това може би  наподобява процеса на възникване на вирусите. Фактът, че бацилите могат да  спорообразуват, не означава че те променят качествено и количествено своята  генетична информация, а просто се подготвят за неблагоприятните условия на  живот и остават в такова състояние до отминаването на въпросните условия.  Изниква въпросът: защо ще и е на първичната клетка да опростява своя генетичен  материал, при условие че милиарди години са и били необходими, да придобие тази  изключително сложна последователност в генетичния си апарат? Това би било  разхищение на средства и енергия, и то само за да се опрости достатъчно и да се  изложи на неблагоприяните условия във външната среда, губейки връзката си със  сложно създадените взаимодествия на клетъчната мембрана и цитоплазмата! Следователно  тази хипотеза за появата на вирусите също изглежда съмнителна. Това разбира се  не означава категорично, че е невярна или пък невъзможна! Само  експерименталният метод може да го докаже!
  Изложеното по-горе ни навежда на мисълта, че еволюцията  на вирусите е протекла в коренно противоположна посока. Тоест, че вирусите,  като такива, много  вероятно е да са възникнали  като ”репродуктивни частици” на отделни клетки. Разглеждайки ги в тази светлина  можем да посочим, че вирусите някога са изпълнявали ”размножителната” функция  на протоклетките. Организми, които нямат собствен механизъм за извършване на полов процес,  подобно на конюгацията (като при чехълчетата), би трябвало да са използвали  нискомолекулни белтъчни компоненти за пренасянето на част от своята генетична  информация в други клетки. Последните са поемали изпратения материал (били са реципиенти)  подобно на ”писма в бутилки”. При условие че са били на границата на важна за  еволюцията си стъпка, праклетките изглежда са възприели метод за обмяна на  генетична информация помежду си, за да си взаимодействат.
  Когато една клетка има изготвен, макар и беден, генетичен  апарат, тя може да синтезира свои собствени белтъци. Може вече да осъществява  процесите на транскрипция и транслация. При процеса на транскрипция (записване  на генетичната информация от ДНК на молекула РНК) и веднага последващия го  процес на транслация, в цитоплазмата биха се синтезирали белтъчни молекули,  които ще ”обхванат” молекула ДНК, част от генетичният апарат на клетката (или  част от РНК молекула) и образувайки комплекс ще бъдат транспортирани извън  клетката донор. Така тази клетка ще е успяла да синтезира надмолекулен  комплекс, който съдържа белтъчни молекули и нуклеинова киселина.         Вероятно, по пътя на еволюцията, първите  пренасящи се подобни молекули са имали само РНК, като носител на генетичната  информация на клетката донор. Така, попадайки в клетката реципиент, РНК се  освобождава от своята обвивка и остава в цитоплазмата, където може да извърши  процеса на транслация и да синтезира новите белтъци в клетката. Тези  синтезирани белтъци, неприсъстващи обичайно в клетката реципиент, започват да  изпълняват функция, която допреди това не е била застъпена в дадената клетка. Така  се е обогатявала белтъчната компонента на клетките, а размяната на РНК,  включени в белтъчна обвивка, трябва да е придобила масов характер.
  По този начин – бързо синтезиране и отделяне от клетката,  е станало възможно получаването на по-разнообразни последователности използвани  от самите клетки. На този етап те определено е трябвало да носят полза за  клетките, за да бъдат закрепени от отбора като начин на най-първично ”размножаване”.  Преносът на ДНК в белтъчните молекули явно се е появил на по-късен етап от  еволюцията на клетката. Така клетката вече не се е надявала да получава отвън  определени белтъци за синтезиране, а е могла да включи предоставената ДНК в  своя генетичен апарат. По този начин винаги и по всяко време се е  синтезирал нужният й белтък, без да се налага  тя да ”чака” за него определено време, за да бъде синтезиран от друга клетка.
  По този начин много от клетките са си направили ”колекции”  от гени на други клетки, включени в състава на различни протеини и отделени в  околната среда. Този процес не е протичал еднопосочно, което означава че при  приемането на провирусните частици, клетките невинаги са имали полза от това.  Първичният океан, където най-вероятно са се извършвали процесите, е  представлявал динамична структура. Динамично развиващи се са били и клетките,  намирали се в него. Те непрекъснато са мутирали и са копирали получените си  гени, които са предоставяли на други клетки реципиенти. Дефектните белтъци,  които са се получавали, не само че не допринасяли за подобряването на приемащите  клетки, но дори са ускорявали тяхната смърт. Това именно са били първите  представители на гените убийци!
  Данни за вирусните частици
  Вирусите могат да паразитират, както в еукариотни клетки (животински  и растителни, гъбни), така и в прокариотни клетки. Някои вируси притежават  мембрана върху белтъците, която по устройство е подобна на клетъчната мембрана.  Съдържат мазнини, въглехидрати, витамини. Те са сложни вируси, наричат се  вариони. Както варионите, така и вирионите са само стадии от развитието на  вирусите – приспособяване към неблагоприятните условия извън клетката  гостоприемник. Трябва да се отбележи, че част от обвивката на сложните вируси  представлява и част от обвивката на клетките гостоприемници.
  Формата на вирусите е различна – може да бъде кръгла,  като при грипния; нишковидна, като при вируса на тютюневата мозайка; но е  постоянна и се предава по генетичен път. Един от съществените им белези е  наличието на определена нуклеинова киселина в състава им – ДНК или РНК.
  Вирусите с РНК паразитират по растителни клетки, а с ДНК  по животински или човешки. Изключение правят т.нар. ”ретровируси” с РНК, които  паразитират по човека, като СПИН например.
  Вирусите се характеризират с висока специфичност – могат  да се възпроизвеждат само в определени клетки. Например, вирусът на едрата  шарка в кожните клетки, на детския паралич и бяса в нервните клетки, а на  хепатита в чернодробните клетки. Независимо, че нападат различни клетки,  вирусите се възпроизвеждат по един и същи начин:
  1. Прикрепване чрез адсорбция към повърхността на клетката  гостоприемник. Извършва се само ако е налице сродство между клетъчната мембрана  и вириона.
  2. Най-често вирусът се  прикрепва към клетката и ”инжектира” своята нуклеинова киселина в нея.
  Прикрепването се осъществява само ако съществува  определено ”сродство” между клетката и вируса. Това означава, че не всеки вирус  може да зарази която и да е клетка. Не винаги обаче проникването на вируса  става по един и същи начин. В някои случаи цялата вирусна частица попада в  клетката. Попадналата в клетката вирусна нуклеинова киселина отправя команда за  синтезиране на белтъчната обвивка. Тази обвивка понякога се състои от повтарящи  се идентични структури (капсомери).
  Щом се появят, капсомерите познават вирусната нуклеинова  киселина, свързват се с нея и образуват зрялата вирусна частица. Този процес на  самосглобяване е характерен за много биологични структури и има съществено  значение в биологичните явления.
  За около 30 минути след заразяване в клетката се  образуват стотици нови напълно оформени вируси, способни да навлизат в нови  клетки. Заразената клетка запазва за известно време жизнеността си, след което  умира, а свободни вириони нападат други клетки. В някои случаи клетката запазва  целостта си, вирусите я напускат постепенно през порите на клетъчната мембрана  (напр. грипни вируси). Възможни са и други  варианти, напр. клетката не умира, а претърпява морфологични и функционални  промени. Тези промени се предават по наследство в потомството на заразените  клетки (генетична трансформация). Ако клетката е нападната от туморни вируси,  тази трансформация е злокачествена и води до образуване на тумори. Вируси са  причинители и на някои видове рак.
  Извън клетката гостоприемник вирусите съществуват като  кристални структури, понякога с доста сложна симетрия.
  Изложените по-горе факти показват, че еволюцията на  вирусите си остава една голяма загадка за биологията. Загадка, която тепърва ще  се разгадава и обяснява…

Добави коментар

avatar
  Subscribe  
Извести ме

Related posts