ระบบเผาผลาญในร่างกาย

แต่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่เราเชื่อว่ามีอิทธิพลต่อสิ่งแวดล้อมทางน้ำที่ฐานของห่วงโซ่อาหารอาจอยู่ภายใต้อิทธิพลของสิ่งอื่น: ไวรัสซึ่งมียีนที่สามารถกำหนดค่าเมแทบอลิซึมของโฮสต์ได้ใหม่ ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Communicationsทีมวิจัยจากเวอร์จิเนียเทครายงานว่าพวกเขาพบชุดของยีนจำนวนมากสำหรับวงจรเมแทบอลิซึม ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของชีวิตเซลล์ใน "ไวรัสยักษ์" ที่หลากหลาย ไวรัสยักษ์ทำลายเรื่องเล่าที่คุ้นเคยเกี่ยวกับไวรัส: พวกมันเป็นประชากรที่เล็กที่สุดของไมโครไบโอม ซึ่งมากกว่าแกลบของสิ่งมีชีวิตเพียงเล็กน้อย -- DNA หรือ RNA มูลค่าของยีนเพียงไม่กี่ตัวที่พับเป็นเปลือกเล็กจนคุณ ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อดู ในความเป็นจริง ไวรัสยักษ์ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าลูกพี่ลูกน้องที่มีขนาดกะทัดรัดกว่าถึง 10 เท่าและมียีนหลายร้อยหรือหลายพันยีน ซึ่งแตกต่างจากสายพันธุ์อื่นๆ ในตระกูลที่เมื่อสายพันธุ์แรกถูกค้นพบในปี 1992 นักวิจัยมองว่ามันคือแบคทีเรีย ในที่สุดพวกเขาก็จำแนกได้อย่างถูกต้อง แต่ถึงอย่างนั้นก็ถือว่าเป็นความอยากรู้อยากเห็นที่โดดเดี่ยว Frank Aylward ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพใน College of Science ซึ่งเป็นผู้นำการวิจัย อธิบายว่าการสำรวจความหลากหลายของไวรัสเป็นประจำมักจะพลาดพวกมันไปด้วยเหตุผลธรรมดาๆ นั่นคือ พวกมันมีขนาดใหญ่มากจนติดอยู่ในตัวกรองที่นักวิจัยใช้เพื่อ แยกไวรัสออกจากแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่อื่นๆ แต่ค่อยๆ เป็นที่ชัดเจนว่าไวรัสขนาดใหญ่เหล่านี้มีอยู่ทุกหนทุกแห่ง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีอยู่มากมายในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ซึ่งพวกมันแพร่เชื้อในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น สาหร่ายและโปรโตซัว นั่นเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากเมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตที่ค่อนข้างซับซ้อนเหล่านั้น -- สารอาหารที่พวกมันบริโภค ของเสียที่พวกมันผลิต -- มีอิทธิพลอย่างมากต่อสุขภาพของมหาสมุทรและทะเลสาบที่พวกมันอาศัยอยู่ และท้ายที่สุดคือวัฏจักรคาร์บอนของโลก “พวกมันอยู่ทั่วชีวมณฑล เพียงแต่เราไม่ได้สนใจพวกมันจริงๆ” เอลวาร์ดกล่าว Aylward เริ่มให้ความสนใจหลังจากนักวิจัยหลังปริญญาเอก Monir Moniruzzaman ผู้เขียนนำของการศึกษาใหม่ เข้าร่วมห้องทดลองในปี 2018 “โมเนียร์เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านไวรัสยักษ์” เอลวาร์ดหัวเราะ “เขาไม่ยอมหยุดพูดเรื่องไวรัสยักษ์ ในที่สุดฉันก็พูดว่า โอเค เราจะเริ่มทำงานกับมัน” การทำงานจากฐานข้อมูลเมตาจีโนมที่เปิดเผยต่อสาธารณะ ซึ่งเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมที่สับสนจากสิ่งมีชีวิตจำนวนมหาศาลในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย Moniruzzaman เริ่มที่จะแกล้งทำเป็นจีโนมที่เป็นของไวรัสยักษ์ เขาใช้ยีนไวรัสยักษ์ที่รู้จักเป็นเครื่องหมายและรูปแบบในข้อมูลเพื่อเป็นเบาะแส เขารวบรวมจีโนมของไวรัสยักษ์ 501 ตัว ส่วนใหญ่มาจากสภาพแวดล้อมในทะเลและน้ำจืด จีโนมเหล่านี้มีคุณสมบัติมาตรฐานที่คุณคาดหวัง เผาผลาญ นั่นคือยีนที่ควบคุมการสร้างเกราะป้องกันของไวรัส และทำให้ไวรัสสามารถแพร่เชื้อและฆ่าโฮสต์ของมันได้ พวกเขาไม่คาดคิดว่าจะได้เห็นยีนเมแทบอลิซึมมากมายขนาดนี้ เมตาบอลิซึมซึ่งเป็นชุดของกระบวนการที่เซลล์ใช้เพื่อดึงพลังงานจากสารอาหารเป็นจุดเด่นของชีวิตเซลล์ ปราศจากไวรัสเกือบตามคำนิยาม อย่างไรก็ตาม ไวรัสยักษ์เหล่านี้ดูเหมือนจะมียีนที่เชื่อมโยงกับเส้นทางเมแทบอลิซึมที่สำคัญหลายเซลล์ในเซลล์ที่มีชีวิต สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ยีนเมแทบอลิซึมตัวแรกที่ปรากฏในจีโนมของไวรัส แต่พวกมันรวมฟังก์ชั่นมากมายที่ไม่เคยเห็นในไวรัส ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ ยีนของไวรัสที่แยกได้ซึ่งเกือบจะเหมือนกันกับเซลล์ของพวกมัน โดยบ่งชี้ว่าพวกมันได้มาจากโฮสต์โดยบังเอิญระหว่างการติดเชื้อและถูกวางลงในจีโนมของไวรัสเมื่อไม่นานมานี้: ร่องรอยของการรุกรานที่ผ่านมาแทนที่จะเป็นเครื่องมือการทำงาน ในทางกลับกัน ยีน Moniruzzaman และ Aylward พบว่าประกอบด้วยส่วนใหญ่ของเส้นทางการเผาผลาญที่คุ้นเคย แต่มีลายเซ็นที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง "มันบอกเป็นนัยว่าไวรัสมียีนเหล่านี้มาหลายล้านปี กระทั่งหลายพันล้านปี และพวกมันเป็นยีนเมแทบอลิซึมที่จำเพาะต่อไวรัส" เอลวาร์ดอธิบาย นั่นแสดงว่ายีนเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียง flotsam ทางพันธุกรรมเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนประกอบในการทำงานที่ไวรัสปรับใช้เมื่อมันควบคุมโฮสต์ของมัน ในกรณีนี้ นักวิจัยกล่าวว่า ความหมายคือไวรัสกำลังเปลี่ยนแปลงเมแทบอลิซึมของเซลล์ Aylward กล่าวว่า "เมื่อไวรัสแพร่เชื้อเข้าไปในเซลล์ เราจะไม่สามารถคิดว่าเซลล์เป็นหน่วยอิสระในตัวเองอีกต่อไป" "ลักษณะพื้นฐานของสรีรวิทยาของเซลล์กำลังได้รับผลตอบแทนจากไวรัสเหล่านี้เมื่อมีการติดเชื้อ" การเปลี่ยนแปลงเมแทบอลิซึมของโฮสต์สามารถเปลี่ยนความสมดุลของสารอาหารที่ถูกบริโภคและปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม ทำให้ไวรัสมีอิทธิพลเหนือชีวธรณีเคมีในน้ำ แม้ว่าไวรัสจะไม่มีชีวิตอยู่ แต่ Aylward อธิบายว่า "พวกมันกำลังเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตในสิ่งแวดล้อมทุกวัน" ขั้นตอนต่อไปคือการหาวิธีโดยใช้การศึกษาเชิงทดลองที่สามารถช่วยเปิดเผยว่ายีนเหล่านี้ทำงานอย่างไรและมีปฏิสัมพันธ์กับเมแทบอลิซึมตามธรรมชาติของโฮสต์อย่างไร ทีมงานจะตรวจสอบวิวัฒนาการของยีนเหล่านี้เพื่อพิจารณาว่าพวกมันเล็ดลอดเข้าไปในจีโนมของไวรัสได้อย่างไรและเมื่อใด การค้นพบยีนเหล่านี้ ซึ่งขยายขอบเขตความคิดของเราเกี่ยวกับวิธีที่ไวรัสยักษ์มีอิทธิพลต่อสภาพแวดล้อมของพวกมัน มีความหมายกว้างกว่าสำหรับไวรัสวิทยา การค้นหาองค์ประกอบสำคัญสำหรับเมแทบอลิซึมของสิ่งที่ไม่มีชีวิตจะทำให้เห็นความแตกต่างระหว่างสิ่งที่มีชีวิตและสิ่งที่ไม่มีชีวิต "ฉันนึกถึงไดอะแกรมเวนน์เหล่านี้ ซึ่งเมื่อก่อนมีการเหลื่อมกันน้อยมาก และยิ่งเราเรียนรู้มากเท่าไหร่ พวกมันก็ยิ่งเหลื่อมกันมากขึ้นเท่านั้น" เอลวาร์ดกล่าว "ตอนนี้มันมาถึงจุดที่จริงๆแล้วมียีนน้อยมากที่พบในเซลล์เท่านั้น และมียีนน้อยมากที่พบในไวรัสเท่านั้น ในแง่ของลักษณะทางจีโนม พวกมันมีความเหมือนกันมากกว่าที่เราคาดไว้มาก " Moniruzzaman สงสัยว่ามีสิ่งที่น่าประหลาดใจอีกมากแฝงตัวอยู่ในจีโนมเหล่านี้ ซึ่งอัดแน่นไปด้วยสิ่งที่เขาอธิบายว่าเป็น "สสารมืดของไวรัส" ซึ่งเป็นยีนที่ปรากฏขึ้นในการศึกษาไวรัสยักษ์ แต่ยังไม่ทราบหน้าที่ของมัน