האם נגיפים הינם יצורים חיים?

ניתוח נתונים חדש תומך בהשערה כי נגיפים (וירוסים) הינם יצורים חיים בעלי מכנה משותף אבולוציוני נרחב עם תאים חיים. מחקר חדש מספק את השיטה האמינה הראשונה למעקב אחר ההתפתחות אחורה של נגיפים לעידן שבו הן הנגיפים והן התאים החיים היו בצורות השונות מאלו של היום

[מאת ד”ר נחמני משה]
ניתוח נתונים חדש תומך בהשערה כי נגיפים הינם יצורים חיים בעלי מכנה משותף אבולוציוני נרחב עם תאים חיים. מחקר חדש מספק את השיטה האמינה הראשונה למעקב אחר ההתפתחות אחורה של נגיפים לעידן שבו הן הנגיפים והן התאים החיים היו בצורות השונות מאלו של היום.

ניתוח נתונים חדש תומך בהשערה כי נגיפים הינם יצורים חיים בעלי מכנה משותף אבולוציוני נרחב עם תאים חיים. מחקר חדש מספק את השיטה האמינה הראשונה למעקב אחר ההתפתחות אחורה של נגיפים לעידן שבו הן הנגיפים והן התאים החיים היו בצורות השונות מאלו של היום. ממצאי המחקר התפרסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Science Advances.

עד היום היה זה בעייתי לסווג את הנגיפים, אמר הפרופסור Gustavo Caetano-Anollés מאוניברסיטת אילינוי, החוקר אשר ערך את הניתוח החדש. במסגרת המחקר החוקרים מצאו 7 קבוצות של נגיפים, זאת על בסיס המבנים, הגדלים, ההרכב הגנטי ואפשרויות הרבייה שלהם. “לאור סיווג זה, משפחות נגיפים המשתייכות לאותה קבוצה הן כאלו שבסבירות גבוהה התפצלו מנגיף קדמוני משותף”, מסביר החוקר הראשי. “יחד עם זאת, רק 26 (מתוך 104) ממשפחות הנגיפים סווגו תחת קבוצה מוגדרת, ויחסי הגומלין האבולוציוניים ביניהן עדיין נותרו בלתי ברורים”.

חלק מחוסר הודאות נובע מהעושר וממגוון סוגי הנגיפים. פחות מ-4900 נגיפים זוהו והגנום שלהם הורצף עד כה, על אף העובדה כי מדענים מעריכים שיש יותר ממיליון מיני נגיפים. רבים מסוגי הנגיפים זעירים במיוחד – הרבה יותר קטנים מחיידקים או מיקרואורגניזמים אחרים – ומכילים רק קומץ גנים. אחרים, כמו הסוג שהתגלה לאחרונה, mimiviruses, הינם ענקיים, וכוללים בתוכם גנומים הגדולים יותר משל חיידקים מסוימים. המחקר החדש מתמקד באוסף הנרחב של מבני חלבונים המכונים בשם “קיפולי חלבונים”, המקודדים בתוך הגנומים של כל התאים והנגיפים. הקיפולים הינם אבני הבניין המבניים של חלבונים, והם אלו המספקים להם את הצורות המורכבות והתלת-ממדיות שלהם. באמצעות השוואה של מבני הקיפולים לרוחב הענפים השונים של עץ החיים, החוקרים מסוגלים לבנות מחדש את ההיסטוריה האבולוציוניות של הקיפולים ואפילו של האורגניזמים עצמם.

החוקרים בחרו לנתח את מתכונת הקיפולים של החלבונים לאור העובדה כי הרצפים המקודדים את הגנומים של הנגיפים חשופים לשינויים מהירים; קצב המוטציות הגבוה שלהם עשוי להסוות אותות אבולוציוניים חבויים, מסביר החוקר הראשי. מסתבר כי קיפולי החלבונים מהווים סמנים טובים יותר לאירועי עבר, זאת מכיוון שהמבנים התלת-מימדים שלהם נשמרים לאורך דורות אפילו כאשר הרצפים המקודדים להם מתחילים להשתנות. כיום, נגיפים רבים – לרבות אלו הגורמים למחלות – משתלטים על מנגנון בניית החלבונים של התאים המארחים אותם לשם שכפול העתקים שלהם עצמם והתפשטותם של אלו לתאים נוספים. בדרך כלל הנגיפים מחדירים את החומר הגנטי שלהם לתוך הדנ”א של המארחים שלהם. למעשה, השרידים של הנגיפים הקדמונים שחדרו לתאים מהווים כעת מאפיינים קבועים של הגנומים של מרבית האורגניזמים התאיים, לרבות בני האדם. הכישרון הזה של העברת חומר גנטי עשויה להיות הראיה לתפקידם הראשוני של הנגיפים בתור “מפיצי המגוון”, אומר החוקר הראשי.

החוקרים בחנו את כל הקיפולים הידועים ב-5080 אורגניזמים המייצגים כל אחד מענפי עץ החיים, לרבות 3460 נגיפים. הודות לשיטות ביו-אינפורמטיקה מתקדמות, החוקרים הצליחו לזהות 442 קיפולי חלבונים המשותפים הן לתאים חיים והן לנגיפים, כאשר רק 66 מתוכם ייחודיים לנגיפים. “הממצא הזה משמעותו שניתן לבנות עץ חיים, מאחר ונמצאו המוני מאפיינים בנגיפים שכלולים גם בתאים חיים”, מסביר החוקר הראשי. “לנגיפים יש גם מאפיינים ייחודיים להם שאינם משותפים לתאים חיים”. למעשה, ניתוח הנתונים גילה רצפים גנטיים בנגיפים שלא דומים לשום רצפים בתאים, מציין החוקר. ממצא זה סותר את ההשערה כי נגיפים קלטו את כל החומר הגנטי שלהם מהתאים המארחים. ממצא זה ואחרים גם תומכים ברעיון כי נגיפים הינם “יצרני חדשנות”, מוסיף ואומר החוקר. הודות לנתונים הזמינים לחוקרים במסדי-נתונים מקוונים של קיפולי חלבונים, המדענים השתמשו בשיטות ממוחשבות לשם בניית עצי חיים הכוללים בתוכם גם נגיפים. הנתונים מראים כי “נגיפים מקורם במספר תאים קדמוניים…ונמצאו יחד עם קדמוניהם של תאים מודרניים”, מסביר החוקר. תאים קדמוניים אלו כנראה הכילו בתוכם גנומים של חלקי רנ”א, מסביר החוקר.

הנתונים גם מראים כי בנקודה מסוימת בהיסטוריית האבולוציה שלהם, לא הרבה אחרי הופעתם של החיים התאיים המודרניים, רוב הנגיפים השיגו יכולת להחדיר את עצמם דרך מעטפת החלבונים, לשכפל העתקים מהם ולהתפשט מחוץ לתא המארח, מסביר החוקר. “הנגיפים הגנו על עצמם בעזרת קופסיות חלבון שהלכו ונהיו מתוחכמות יותר ויותר עם השנים, מה שאיפשר לנגיפים להדביק את התאים שעד אז היו חסינים בפני הנגיפים” אומר אחד מהחוקרים. “זוהי חותמת האיכות של טפילות”.

מדענים מסוימים סבורים כי נגיפים אינם יצורים חיים, אלא רק חלקי דנ”א ורנ”א המוגנים על ידי החיים התאיים. הם מדגישים את העובדה כי נגיפים אינם מסוגלים להשתכפל בכוחות עצמם (להתרבות) מחוץ לתאים המארחים, ונסמכים לחלוטין על מגנון בניית החלבונים של התאים עצמם בשביל לתפקד. אולם, ראיות רבות תומכות ברעיון כי הנגיפים אינם כה שונים מיצורים חיים אחרים, טוען החוקר הראשי. “אורגניזמים רבים צריכים אורגניזמים אחרים בשביל לחיות, לרבות חיידקים החיים בתוככי תאים, ופטריות החייבות להסתייע ביחסים טפיליים – כולם נסמכים על המארחים שלהם בשביל להשלים את מחזור החיים שלהם”, הוא מוסיף. “וזה בדיוק מה שעושים נגיפים”. הגילוי של נגיפי-העל מסוגmimiviruses בתחילת שנות האלפיים אתגר את ההשערות המסורתיות בנוגע לטיבם של נגיפים, מוסיף החוקר. “נגיפים גדולים אלו שונים מאוד מנגיפי האבולה הזעירים הכוללים בתוכם שבעה גנים בלבד. נגיפי-על אלו גדולים ומגוונים בהרכב הגנטי שלהם”, אמר החוקר. “חלקם גדולים מבחינה פיזית ובעלי גנומים הגדולים כמו ואף יותר מאלו של חיידקים טפיליים”. לחלק מהנגיפים הכבירים הללו יש גם גנים המקודדים חלבונים החיוניים לשלב השעתוק, אותו התהליך שבאמצעותו התאים קוראים את הרצפים של הגנום ובונים בכך חלבונים. העדר מנגנון השעתוק בנגיפים היווה בעבר את אחד מהטיעונים החזקים ביותר לסיווגם של הנגיפים בתור יצורים לא-חיים. “המצב כבר לא כך”, אומר החוקר הראשי. “הנגיפים זכאים היום למקום בעץ החיים. מן הסתם, בנגיפים יש הרבה יותר ממה שאנו יודעים עליהם כיום”.

הידיעה על המחקר

תקציר המאמר

עוד בנושא באתר הידען:

וירוס פנדורה – החוליה החסרה בין וירוסים ותאים?

וירוסים ענקיים ממאדים – האמנם?

כיצד מתאפשר דו קיום בין חיידקים בים לבין וירוסים המדביקים אותם?