Viren geben Aufschluss über den Ursprung des komplexen Lebens

Vergleich der bekannten Virus-Genome. Viren mit ähnlichen Genomen sind gruppiert in jene, die Bakterien (links) und Eukaryoten (rechts und Mitte unten) infizieren. Die Viren, die Asgard-Archaeen befallen, unterscheiden sich von den bereits beschriebenen. (Credit: University of Texas at Austin)
Vergleich der bekannten Virus-Genome. Viren mit ähnlichen Genomen sind gruppiert in jene, die Bakterien (links) und Eukaryoten (rechts und Mitte unten) infizieren. Die Viren, die Asgard-Archaeen befallen, unterscheiden sich von den bereits beschriebenen. (Credit: University of Texas at Austin)

Wie Forscher der University of Texas in Austin berichten, haben sie erstmals Viren entdeckt, die eine Gruppe Mikroben infizieren, zu denen auch die Vorfahren allen komplexen Lebens gehören könnten. Die Entdeckung wurde im Journal Nature Microbiology veröffentlicht und bietet Hinweise über die Ursprünge des komplexen Lebens und schlägt neue Richtungen vor, um die Hypothese anzugehen, dass Viren entscheidend für die Entwicklung von Menschen und anderen komplexen Lebensformen waren.

Es gibt die gut belegte Hypothese, dass alle komplexen Lebensformen wie Menschen, Seesterne und Bäume (Eukaryoten, die Zellen mit Zellkern enthalten) entstanden, weil Archaeen und Bakterien zu einem hybriden Organismus verschmolzen. Die neue Studie spricht dafür, dass die ersten Eukaryoten direkte Nachfahren der sogenannten Asgard-Archaeen sind. Die Studie von Ian Rambo (einem früheren Doktoranden an der UT Austin) und anderen Mitgliedern von Brett Bakers Labor wirft Licht darauf, in welcher Weise auch Viren eine Rolle in dieser Milliarden Jahre alten Geschichte gespielt haben könnten.

“Die Studie öffnet eine Tür, um den Ursprung von Eukaryoten besser zu ergründen und die Rolle von Viren in der Ökologie und Entwicklung von Asgard-Archaeen zu verstehen”, sagte Rambo. “Es gibt die Hypothese, dass Viren zur Entstehung komplexen zellulären Lebens beigetragen haben könnten.”

Rambo bezieht sich auf eine heiß debattierte Hypothese, die als virale Eukaryogenese bezeichnet wird. Sie besagt, dass neben Bakterien und Archaeen auch Viren einige genetische Komponenten zur Entwicklung von Eukaryoten beigetragen haben könnten. Diese neueste Entdeckung schlichtet die Debatte nicht, aber gibt einige interessante Anhaltspunkte.

Die neu entdeckten Viren, die heute lebende Asgard-Archaeen infizieren, besitzen einige Merkmale, die jenen von Viren gleichen, die Eukaryoten befallen. Dazu gehört die Fähigkeit, ihre eigene DNA zu kopieren und die Proteinmodifizierungssysteme ihrer Wirte zu übernehmen. Die Tatsache, dass diese Asgard-Viren Eigenschaften beider Virentypen zeigen, die Eukaryoten und Prokaryoten befallen, macht sie einzigartig, weil sie nicht exakt wie jene sind, die andere Archaeen oder komplexe Lebensformen infizieren. Prokaryoten besitzen Zellen ohne Zellkern.

“Das Aufregendste ist, dass sie ganz neue Virentypen sind, die sich von jenen unterscheiden, die wir bereits in Archaeen und Eukaryoten gesehen haben und unsere mikrobiellen Verwandten infizieren”, sage Baker, ein außerordentlicher Professor für Meeresforschung und integrative Biologie und Co-Autor der Studie.

Die Asgard-Archaeen, die wahrscheinlich vor mehr als zwei Milliarden Jahren entstanden und deren Nachfahren heute noch existieren, wurden in Tiefseesedimenten und heißen Quellen auf der ganzen Welt gefunden. Aber bisher wurde nur ein Stamm erfolgreich im Labor gezüchtet. Um sie zu identifizieren, sammeln Wissenschaftler ihr genetisches Material aus der Umgebung und setzen dann ihre Genome zusammen.

In dieser neuesten Studie scannten die Forscher die Asgard-Genome nach wiederholenden DNA-Sequenzen, die als CRISPR-Arrays bezeichnet werden. Diese Arrays enthalten kleine Teile viraler DNA, die exakt den Viren zugeordnet werden können, die diese Mikroben zuvor infiziert hatten. Diese genetischen “Fingerabdrücke” erlaubten den Wissenschaftlern, diese getarnten viralen Invasoren zu identifizieren, welche die Organismen mit Schlüsselrollen in der komplexen Entstehungsgeschichte der Eukaryoten infizieren.

“Wir beginnen jetzt die Bedeutung und die Rolle zu verstehen, welche die Viren beim Rätsel der Eukaryogenese gespielt haben könnten”, sagte Valerie De Anda von der UT Austin, eine Co-Autorin der Studie.

Die anderen Co-Autoren sind Pedro Leão (Postdoktorand an der UT Austin) und Marguerite Langwig (ehemals Master-Studentin an der UT Austin und jetzt Doktorandin an der University of Wisconsin-Madison). Diese Arbeit wurde von der Moore and Simons Foundation unterstützt.

Quelle

(THK)

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