В ноябре 2019 – скорее всего, даже раньше – крошечное существо, имеющее диаметр всего несколько сотен миллиардов метров, начало разрывать человеческое общество в глобальном масштабе. В течение нескольких месяцев беспощадный путешественник, известный как SARS-CoV-2, добрался до каждого населенного пункта земли, оставив ученым и органам здравоохранения слишком много вопросов и мало ответов.
Сегодня исследователи изо всех сил пытаются понять, где и как появился новый коронавирус, какие функции объясняют загадочное созвездие симптомов, которое оно может вызвать, и как можно контролировать лесной пожар. Важная часть этого квеста будет связана с попытками надлежащим образом классифицировать этот возникающий человеческий патоген и понять, как он относится к другим вирусам, о которых мы можем узнать больше.
В консенсусном заявлении Арвинд Варсани, молекулярный вирусолог Центра биодизайна ASU по фундаментальной и прикладной микробиомике и множество международных сотрудников, предлагает новую систему классификации, способную обнаруживать коронавирусы, такие как SARS-CoV -2 в огромной паутине вирусов по всей планете, известной как виросфера.
Чтобы адекватно Классифицируя это удивительное вирусное разнообразие, группа предлагает 15 – ранжировать схему классификации и описать, как три человеческих патогена – тяжелый острый респираторный синдром, коронавирус (SARS CoV), вирус Эбола и вирус простого герпеса 1, вписываются в новую структуру.
к Варшани присоединились другие избранные исполнительные члены Internationa l Комитет по таксономии вирусов (ICTV), добровольная организация ведущих вирусологов со всего мира, занимающаяся разработкой работоспособной номенклатуры для определения видов вирусов. В рамках ICTV примерно 100 отдельные рабочие группы, состоящие из специалистов из всех основных вирусных семей, трудятся для наведения порядка запутанному мотку элементов в виросфере.
Согласное заявление появляется в расширенном онлайн-издании журнал Природная микробиология .
Шкаф с вирусами
Новый схема ранжирования, разработка ранней биномиальной системы классификации, задуманной великим 18 таксономистом XX века Карл Линней, стремится включить весь спектр генетической дивергенции в виросферу.
В качестве контрольного примера, Консенсусное утверждение показывает, как три патогенных организма человека могут быть аккуратно включены в новую систему. На уровне областей, самые низкие и наиболее включенные в новую таксономию, два РНК-вируса, вирус Эбола (EBOV) и тяжелый острый респираторный синдром коронавирус (SARS-CoV) сгруппированы как «рибовирия», в то время как простой герпес 1, двойной ДНК-вирус, не принадлежащий к сфере рибовирии, но классифицируется по пяти традиционным категориям.
Разработка инклюзивная вирусная таксономия имеет большое практическое значение. Он может играть жизненно важную роль в обнаружении и идентификации агентов, ответственных за возникающие эпидемии среди людей, домашнего скота или растений. Установление таксономического статуса вируса позволяет четко и недвусмысленно общаться между вирусологами и широким научным сообществом.
” «Вирусные метагеномные исследования (которые включают секвенирование генетического материала, непосредственно извлеченного из окружающей среды) позволяют нам обнаруживать большое количество вирусов, которые мы не можем на самом деле привести в какой-либо конкретный порядок», – говорит Варсани. «Перед нами была поставлена задача создать лучшую таксономическую структуру». Новая схема частично опирается на сохранение ключевых вирусных белков и других свойств, обнаруженных среди таксономически связанных вирусов для более высоких рангов.
Вирус, вызывающий текущую вспышку коронавирусной болезни, например, недавно был назван «тяжелый острый респираторный синдром коронавирус 2» (SARS-CoV-2) после того, как исследовательская группа ICTV Coronaviridae определила, что вирус принадлежит к существующие виды, «коронавирус, связанный с тяжелым острым респираторным синдромом», частично основанный на консервативных белках, участвующих в репликации вируса SARS-CoV-2. (Более ранние классификации коронавирусов были в значительной степени основаны на исследованиях серологической реактивности с вирусными шиповыми белками, которые придают коронавирусам их характерный облик, похожий на булаву.)
Визуализация виросферы
Даже для ученых, привыкших иметь дело с невероятно экстремальными числами, виросфера почти непостижимо обширный. Подсчитано, что 100 вирусы могут быть отнесены к каждой звезде во всей вселенной, не исчерпывая мир предложение, оценивается в 1 ниллион (или 1, за которыми следуют 30 нули).
«Одна из важных особенностей всех этих систем для вирусной таксономии заключается в том, что они динамичны. По мере обнаружения новых вирусов все будет нужно сдвинуть “, говорит Варшани. «И то же самое произошло в цветочном королевстве, где люди когда-то классифицировали растения на основе лепестков, листьев и других морфологических признаков. И вскоре, когда появилась генетическая информация, это противоречило прежней классификации, которую имели люди. Распространена в классификации растений, животных, грибов и бактерий и, безусловно, потребует много убедительных идей для первоначальных авторов этой таксономии. Возможно, грубый пример – неправильная классификация растения как маргаритки в семействе сложноцветных, но на самом деле это растение, которое имитирует маргаритку, потому что оно хочет определенного опылителя и генетически не является частью сложноцветных. “
Но масштабы и генетическое разнообразие вирома – это только начало проблем, стоящих перед исследователями, пытающимися разработать всеобъемлющую таксономию – мега таксономию – вирусного мира. Например, вирусные линии исключительно сложно выявить. В отличие от всей клеточной жизни на Земле, вирусы приобретают свой геномный материал из многих источников, свойство, известное как полифилогения. Явления, включая горизонтальную передачу генетических элементов, позволяют вирусам свободно менять элементы своей идентичности, оставляя исследователей без четкой линии происхождения.
Кроме того, частота вирусных мутаций намного выше и более продуктивна, чем у их клеточных аналогов, из-за плохих механизмов геномного считывания и исправления ошибок, а также из-за селективного давления, стимулирующего их неустанную диверсификацию.
Единство и разнообразие
По сравнению с другими организмами Разнообразие среди вирусов крайне. Они могут различаться по своему генетическому материалу (РНК или ДНК) и основной структуре (двухцепочечной или одноцепочечной), а также по ориентации кодируемых ими генов. Еще одним осложнением является тот факт, что вирусные геномы могут быть распределены по отдельным единицам, иногда упакованным вместе в вирионе или в отдельных вирусных частицах, которые необходимы для заражения клетки для репликации.
Хотя у всех эукариот есть последний общий предок, отличный от бактерий и архей, он позволяет исследователям отслеживать их эволюционное происхождение и расходится на многие миллиарды В течение многих лет у вирусов не было набора универсально консервативных генов, необходимых для создания правильной филогении.
Новая 15 – таксономия ранга развивает Линнеевскую 7-уровневую систему королевства, тип , класс, порядок, семейство, род, виды. Он также заимствует физиологические элементы так называемой балтиморской таксономии (разработанной нобелевским лауреатом Дэвидом Балтимором). Балтиморская система также распознает 7 уровней, но не является иерархической и использует переменные, включая тип генома и стратегии репликации-экспрессии, для определения вирусной классификации.
Новая таксономия является значительным шагом вперед в стремлении вывести глобальную организацию в вирусный мир. Кроме того, несмотря на чрезвычайное разнообразие эволюционных историй, присутствующих в полифилетических вирусах, начинает появляться единство, указывающее на первичный пул вирусоподобных генетических элементов. Всю последующую историю жизни на земле можно считать непрерывной динамикой между этими эгоистичными агентами и их клеточными хозяевами.