יום שלישי, 11 באוקטובר 2011

הנגיפים הענקיים והאבולוציה ההפוכה - איתי נבו


אז מי אמר שהגודל לא קובע? כשמדובר בנגיפים, יכול להיות שהוא צדק. נגיפים גדולים יותר אינם בהכרח יעילים או מוצלחים יותר, אבל בהחלט אפשר ללמוד מהם כמה דברים מעניינים, כפי שגילו בעת האחרונה צוות חוקרים מאוניברסיטת מרסיי שבצרפת. המדענים בחנו דגימות ממי האוקיינוס השקט, שנאספו מול חופי צ'ילה, וגילו בהן את הנגיף הגדול ביותר שנמצא אי פעם. הנגיף הענקי, שקיבל את השם המחייב Megavirus, גדול אף יותר מכמה מינים של חיידקים. יש בו גם כמה וכמה אלמנטים שמזכירים חיידקים, מה שגורם למדענים להעלות את האפשרות כי הנגיפים בכלל נוצרו מחיידקים, בתהליך הפוך של אבולוציה הנסוגה לאחור. מבולבלים? אל דאגה. מיד נעשה סדר.

הנגיף המרושע
נגיפים, או בשמם הלועזי וירוסים, הם ככל הנראה צורת החיים הקטנה ביותר בטבע. למעשה, יש אפילו מחלוקת בשאלה אם אפשר להגדירם "צורת חיים", משום שהם טפילים שאינם מסוגלים כמעט להתקיים בלי הפונדקאי שלהם. בצורתם הרגילה, החוץ-תאית, הנגיפים הם למעשה קופסית זעירה של חלבון, ובתוכה ארוז חומר גנטי (בדרך כלל DNA). ואולם, הנגיף (שבשלב הזה מכונה "ויריון"), אינו מסוגל לעשות דבר עם החומר הגנטי שלו. כל מה שהוא יודע לעשות בשלב הזה, הוא לחדור לתוך תא. אז מתחיל הבלגן: הוויריון משיל את מעטפת החלבון, ומשתיל את ה-DNA שלו בתוך זה של התא המארח אותו. הנגיף משתלט על מערכות הבקרה של התא, גורם לו ליצור עוד ועוד עותקים של ה-DNA הנגיפי ומאלץ אותו לייצר את החלבונים הדרושים ליצירת הקופסיות. עד מהרה התא הנגוע אינו אלא בית חרושת לייצור עוד ועוד נגיפים ומכאן קצרה הדרך להרס התא ולהתפזרות הוויריונים שייצר הלאה, אל התאים הסמוכים. שיטת הפעולה המרושעת הזו גורמת לכך שקשה מאוד להתגונן מפני נגיפים: מרגע שהם חדרו לתא, מערכת החיסון אינה יכולה לפגוע בהם בלי להשמיד את התא עצמו. בזכות שיטת הפעולה הזו, קיבל סוג מסויים של תכנות מחשב זדוניות את הכינוי "וירוס" – כמו הנגיף הביולוגי, גם הן משתמשות במשאבי המחשב ליצירת עוד ועוד עותקים של עצמן ולהפצתם הלאה.

הנגיף הענק Megavirus chilensis, במיקרוסקופ אלקטרוניםChantal Abergel, 2011 - Wikimedia Commons

מטען עודף
הנגיפים הראשונים זוהו לפני פחות מ-120 שנה, אבל המדע כבר מכיר כיום מיליוני נגיפים שונים. נגיפים לא תוקפים רק אותנו. יש מחלות נגיפיות של כל בעלי החיים, נגיפים התוקפים צמחים ואפילו נגיפים התוקפים חיידקים ומשמידים אותם. הנגיפים הקטנים ביותר המוכרים לנו הם בעלי כמות מזערית של DNA (כמה אלפי זוגות בסיסים), הנושא את המידע רק לייצור של שני חלבונים. לעומתו, הנגיף הגדול ביותר שהיה מוכר עד כה, Mimivirus, נושא יותר ממיליון זוגות בסיסים ומסוגל לייצר כמעט 1,000 חלבונים שונים. השאלה היא, אם נגיף מסוגל להסתדר עם שני חלבונים, או מעט יותר אצל רבים מהם, מדוע זקוקים נגיפים ענקיים לאלף חלבונים? איזו תועלת צומחת להם ממנגנון כה מורכב בעבור יצור שאפילו אינו מנהל חיים משלו מחוץ לתא הפונדקאי? השאלה מתחדדת עוד כשמתברר כי הנגיף הענקי תוקף תאים של אמבה זעירה, כך שאינו נדרש להתמודד עם מערכת חיסון אימתנית כמו של יונק, למשל (מאבק שאכן עשוי לדרוש ממנו לייצר חלבונים ייחודיים). התשובה היא שככל הנראה הנגיף אכן אינו זקוק לרבים מהחלבונים שהוא מסוגל לייצר.

נסוגים קדימה
המדע עדיין לא יודע להסביר מה מקורם האבולוציוני של נגיפים. אחת הסברות היא שמוצאם בפלסמידים – מקטעים קצרים של DNA המסוגלים לעבור מחיידק לחיידק. ואולם, מציאתם של נגיפים ענקיים בעלי חומר גנטי מיותר ודומה לזה של חיידקים, מעלה את הסברה כי נגיפים כאלה אכן התפתחו מחיידקים. המילה "התפתחו" אולי אינה מדוייקת, שהרי הנגיפים נחשבים ירודים מן החיידקים בסולם האבולוציוני – הם אינם מסוגלים להתרבות בכוחות עצמם, יש להם פחות גנים ויכולתם להשתנות על פי תנאי הסביבה פחותה מזו של חיידקים. מדענים מכנים את התופעה הזו reductive evolution – כלומר אבולוציה ההולכת לאחור, ובמקום מן הפשוט אל המורכב יותר, נעה מן המורכב אל המורכב פחות. גילויו של המגה-וירוס מול חופי צ'ילה תורם לחיזוק ההשערה הזו. במאמר ברשומות האקדמיה האמריקנית למדעים (PNAS) החוקרים בראשות דפנה ארסלן (Arslan) וז'אן מישל קלברי (Claverie) מדווחים כי כמות החומר הגנטי שלו גדולה עוד יותר מזו של קרוב משפחתו, המימיוירוס, והוא נושא מעט יותר גנים האופיינים ליצורים תאיים, ולא לנגיפים. אם הנגיפים אכן נוצרו באבולוציה הפוכה, ייתכן מאוד שנגיפים ענקיים כאלה הם בדיוק החוליה החסרה הדרושה להוכחת הסברה המעניינת הזו.

פורסם במקור בבלוג המאור הקטן של רשת ב וגם ב"תפוז בלוגים"

תגובה 1: