Megoldódhat a földi élet egyik legnagyobb rejtélye

Régi problémára deríthet fényt egy vulkanikus tóban most felfedezett, különleges hibridvírus. A forró, savas vízben talált mikroba magyarázatot adhat arra, hogyan alakult át az ősi élőlények örökítő anyaga RNS-ből a ma általánosan elterjedt DNS-sé.

A biológusok zöme ma már egyetért abban, hogy az élet proteinekből (fehérjékből) és egyszálú genetikai anyagból - RNS-ből - álló "levessel" kezdődhetett. Harminc éve, 1982-ben fedezték fel, hogy egyes természetes biokémiai folyamatokban nem fehérjék, hanem RNS-molekulák szerepelnek biokatalizátorként, azaz enzimként (ezek az úgynevezett ribozimok). Az RNS-ek enzimatikus aktivitása felvetette a gondolatot, hogy a fehérjék és a nukleinsavak evolúciós "összehangolódása" előtt az élet (de legalábbis a kialakulásához vezető folyamat) egy olyan állapotban létezhetett, amelyben az RNS-molekulák töltötték be mind az információtárolás, mind pedig az információ átírásának szerepét. Az evolúció e feltételezett lépcsőfokát RNS-világnak, az ebben az időszakban élt hipotetikus élőlényeket pedig ribo-organizmusoknak nevezték el.

A mai életformák örökítőanyaga azonban - kevés kivételtől eltekintve - kétszálú DNS. A hatalmas információmennyiséget tároló molekula kettős spirál szerkezete miatt jóval stabilabb, mint az RNS, s ez nagy előnyt jelenthetett az élet fejlődése folyamán. Ha viszont az élet az RNS-sel kezdődött, akkor az evolúció során valamikor az élőlényeknek át kellett váltaniuk RNS-kódolásukat DNS-kódra. Ennek mikéntjéről azonban eddig nagyon kevés információ állt rendelkezésre. Úgy tűnik, most megtört a jég: egy rendkívül szélsőséges életkörülmények közt élő különös, ősi, hibridvírus felfedezése bepillantást nyújthat abba, mi történhetett.

Boiling Springs Lake

A vírust véletlenül fedezte fel Ken Stedman, az oregoni Portlandi Állami Egyetem víruskutatója, miközben a kaliforniai Lassen Vulkáni Nemzeti Park egyik forró és savas vizű tavának mikrobiális életét tanulmányozta. A kutató 40 liternyi vízmintát vett a Boiling Springs Lake-ből, majd kiszűrt belőle minden vírusméretű részecskét. Ezután véletlenszerűen kiválasztva elkészítette mintegy 400 000 virális DNS-darab szekvenciáját.

Ekkor valami különösre bukkant. Egy olyan DNS-ből álló génre, amely pont úgy nézett ki, mint egy RNS-vírus fehérjeburkát kódoló gén. Egyes vírusokban, az úgynevezett retrovírusokban található egy enzim, a reverz transzkriptáz, amely képes az RNS-t DNS-re fordítani. (Az eukarióta élőlényekben és a prokarióták jó részében az átírás iránya DNS - RNS - fehérje. A retrovírusoknál RNS - DNS - RNS - fehérje.) A most megtalált gén azonban nem retrovírusból származott.

Stedman doktorandusz hallgatóját, Geoff Diemert nagyon izgatta, vajon hogyan ugorhatott át ez a gén az RNS-ről a DNS-re. Ezért elkészítette a furcsa vírus egyszálú, kör alakú DNS-ének teljes genomszekvenciáját. Az RNS-ből származó gén mellett egy olyan, a DNS-replikációhoz (DNS-megsokszorozódáshoz) szükséges gént is talált, amely a DNS-vírusokra jellemző. Ennek a két génnek az együttes megtalálása nagyjából ahhoz hasonlítható, mintha egy napraforgógént találnának egy csimpánzban - írja a New Scientist. Sőt a növényekben és az állatokban több a közös, mint a DNS- és az RNS-vírusokban, hiszen közös ősük jóval fiatalabb, mint a kétféle vírusé, amelyek több milliárd éve elváltak egymástól.

"Először azt gondoltuk, hogy valamit elrontottunk" - mondja Stedman. Újraszekvenálták a teljes vírusgenomot, de a két gén továbbra is ott volt. A kutatók összehasonlították a hibridvírus genomját az eddig meghatározott vírusok DNS-szekvenciáit tartalmazó adatbázissal, hogy kiderítsék, egyedi esetről van-e szó. Találtak valami nagyon hasonlót abban az óceánvízből származó mintákban, amelyet Craig Venter és csoportja szekvenált.

"Ezek a hibridvírusok nemcsak ebben a savas meleg tóban, hanem legalább néhány óceáni mintában és talán más helyeken is megtalálhatók" - mondta Stedman. A NASA április közepén tartott atlantai asztrobiológiai konferenciáján és a Biology Direct szabad hozzáférésű online folyóiratban ismertetett eredmények azt bizonyítják, hogy a modern vírusok képesek kombinálni a normális esetben két különálló örökítő molekulában kódolt információt.

Ez a tény vezetett ahhoz a gondolathoz, hogy talán a vírusok hajtották végre az RNS-ről való "korszerűsítést", és aktívan közreműködtek a DNS felemelkedésében. A most felfedezett vírus és az ősi vírusvilág között azonban nem lehet tökéletes párhuzamot vonni, hiszen a modern vírusok életciklusa nagyon különbözik az őseikétől. "Az ősi vírusok világa az élet evolúciójának nemsejtes stádiuma volt, amelynek részletei még mindig a homályba vesznek" - mondja Eugene Koonin evolúciógenetikus, a bethesdai Nemzeti Biotechnológiai Információs Központ munkatársa.

Manapság a vírusok kizárólag sejteken belül szaporodnak, régen viszont valamilyen más - eddig ismeretlen - módot kellett találniuk a replikálódásra. Ismereteink hiányossága ellenére a mostani eredmények azt igazolják, hogy a vírusok egy közössége képes információt átjuttatni az RNS-ről a DNS-be, és a modern DNS-vírusok hozzáférhettek azokhoz a génekhez, amelyek az RNS-vírusok nagyon elkülönült világában fejlődtek ki. Ez megerősíti azt az érvelést, hogy hasonló átvitel történt az élet korai szakaszában az RNS-DNS átmenet folyamán.