Virüslerle Bakteriler Arasındaki "Kayıp Halka": Pandoravirüs Nedir? Dev Virüsler Nasıl Evrimleşti?

Nature Communications dergisinde yayımlanan "Yeni Keşfedilen Pandoraviridae Ailesinin Çeşitliliği ve Evrimi" başlıklı bir makale, evrimsel biyologlar için oldukça heyecan verici bulgular içeriyor. Pandoravirüs adı verilen dev virüsler, evrimsel süreçte körelmiş olan gen bölgelerini değiştirerek işlevsel genler üretiyorlar!

Dev virüsler, 2003 yılında ilk defa keşfedildiklerinde, onlara Mimiviridae adı verildi. Yani "taklitçi virüsler". Çünkü bu virüsler öylesine büyüktü ki, ilk başta küçük gram-pozitif bakteri oldukları zannedildi. Çünkü birçok virüs sadece birkaç nanometre boyundadır; ancak bu bakteri-benzeri büyüklükteki virüsler, sıradan virüslerden yüzlerce, hatta binlerce kat büyüktü.

Mikrometre boyutundaki çapları ve 1100'den fazla genleriyle Mimivirüsler, Acanthamoeba cinsi amipleri enfekte etmektedirler ve daha önceden bakteriler alanına özel olduğu düşünülen özelliklerin birçoğuna sahiptirler. Kıyaslama açısından, grip veya AIDS virüslerinin sadece 10 civarında geni olduğunu söyleyebiliriz.

Bu dev boyutları, bu virüslerin neden bu kadar yakın zamanda keşfedilebildiğinin de ana nedeni... Bilim insanları, mikrometre boyutunda virüsler bulmayı beklemiyorlardı; dolayısıyla araştırmıyorlardı. Ancak ilk dev virüsler keşfedildikten sonra, bu virüslerin yaşadığı bilinen amip vücutları daha detaylı incelenmeye başlandı. Sadece 10 sene içinde, yepyeni bir dev virüs ailesi keşfedildi: Pandoravirüsler!

Pandoravirüsler

Science dergisinde yayınlanan bir diğer makale ile uzmanlar, ilk keşfedilen Mimivirus'ten (sonradan verilen ismiyle Megavirus chilensis türünden) bile büyük ve genetik olarak karmaşık iki virüs keşfettiler:

• Pandoravirus salinus: Şili'nin sahillerinde keşfedildi.
• Pandoravirus dulcis: Avusturalya'nın Melbourne kentinde bir tatlısu havuzcuğunda keşfedildi.

Yapılan detaylı analizler, bu iki Pandoravirüs'ün daha önceki dev virüslerle hiçbir bağlantısının olmadığını gösterdi. Dahası, Pandoravirus salinus türünün genlerinin sadece %6-7 civarı, şimdiye kadar keşfedilen diğer virüsler veya hücresel organizmalar ile ortak proteinleri sentezliyor. Bu boyutlardaki bir genom ile P. salinus, virüslerin ökaryotik hücrelerden bile karmaşık olabileceğini göstermiş oldu. Pandoravirüslerin bir diğer sıradışı özelliği ise, alışılagelmiş virüslerin temel yapıtaşı olan kapsid proteinlerini salgılayan genlerinin olmamasıdır.

Tüm bu yeni özelliklerine rağmen Pandoravirüsler diğer virüslerin temel özelliklerini taşıyorlar: ribozomları yok, enerji üretmiyorlar ve bölünmüyorlar.

P. salinus türünün proteomu (tüm proteinleri) üzerinde yapılan bu sarsıcı çalışma, virüste üretilen proteinlerin, virüsün genomuna bakarak tahmin edilenlerle ile uyumlu olduğunu gösterdi. Dolayısıyla Pandoravirüsler de gezegenimizdeki tüm diğer türler tarafından paylaşılan aynı genetik kodu kullanıyor.

Bu çalışma, yeni yaşam alanları düşünülecek olursa, mikroskobik biyoçeşitlilikten öğrenebileceklerimizin sınırsızlığını gösteriyor. Birbirinden 15.000 kilometreyle ayrılan, farklı bölgelerde ama eşzamanlı olarak keşfedilen bu iki Pandoravirüs türü, bugüne kadar hiç keşfedilmemişti ve pek de nadir bulunan virüslere benzemiyorlar.

Bu türler, virüsler ile bakteriler arasındaki boşluğu kesin olarak dolduruyorlar: modern virolojinin 1950'lerde ileri sürdüğü bir dogma olan bu boşluğu...

Ayrıca bu çalışma, daha önceden tahmin edilen hücre-öncesi yapılara göre, canlılığın çok daha geniş bir çeşitlilikle başlamış olabileceğini gösteriyor. Çünkü bu devasa virüsler, bilinen üç yaşam alanından hiçbirine eşdeğer değiller: ökaryotlar, bakteriler ve arkeler.

Pandoravirüslerden kısa bir süre sonra da, üçüncü bir aile keşfedildi. Aslında bu aileye dair tanı, 2008 yılında, kontakt lens nedeniyle enfekte olmuş bir kadının gözündeki amiplerde bulunmuştu; ancak bunların dev virüslerden kaynaklandığı ancak 2015 yılında tespit edilebildi.

Bu dev virüslerin, genomları da kendileri gibi büyüktür. Birçok virüsün büyük genomlara ihtiyacı yoktur; çünkü enfekte ettikleri organizmaların genlerini kullanarak ihtiyaçlarını giderirler. Ancak hem Mimivirüslerin, hem de Pandoravirüslerin devasa genomları bulunuyor. Örneğin şu anda rekoru elinde bulunduran Pandoravirus salinus türünün genom büyüklüğü 2,473 kilobaz (2.4 milyon baz) çifti uzunluğunda. Elbette bu, örneğin 3 milyon kilobaz uzunluğundaki insan (Homo sapiens) gibi canlıların genomları yanında aşırı küçük. Ama yine de ortalamada 10 kilobaz çifti uzunluğunda olan virüs genomları yanında ne kadar büyük olduğu aşikar. Peki bu devasa genomlar neden evrimleşti?

Dev Genomlar, Dev Virüslerin Evrimini Aydınlatıyor

Araştırmacılar, bu dev virüslerin dev genomlarına bakarak, sıradışı virüslerin nasıl evrimleştiğini anlamaya çalışıyorlar. Söylediğimiz gibi, dev virüslerin genomlarının sadece %6-7 civarı diğer organizmaların genomları ile uyuşuyor. Bu durum, dev virüslerin apayrı bir evrimsel yolağa girdiklerini gösteriyor.

Evrim Ağacı'nın spesifik bir dalında evrimleşip, diğer türlerde bulunmayan genlere öksüz genler denilmektedir. Bu, sıradışı bir durum değildir; evrim tarihindeki birçok türün evriminde, kendilerine özgü ve başka hiçbir türde bulunmayan genler evrimleşmiştir. Ancak sıradışı olan, bu kadar çok sayıda öksüz genin tek bir ailede bulunmasıdır.

Daha önce, dev virüslerde öksüz genleri araştırmak mümkün değildi; çünkü yeterli sayıda tür henüz keşfedilmemişti. Ancak yeni keşfedilen Pandoravirüslerle birlikte bu ailedeki tür sayısı 6'ya çıkmış oldu. Böylece karşılaştırmalı genomik araştırmalarının da önü nihayet açılmış oldu.

Eşsiz Genler Evrime Darbe Vuruyor mu?

Araştırmacıları en çok şaşırtan ilk şey, hangi öksüz gene bakarlarsa baksınlar, bu genlerin diğer dev virüslerde eşlerinin bulunmuyor olmasıydı. Sadece Pandoravirüsler arasında da değil; bu genleri diğer türlerde de bulmak mümkün değildi. Bu, bazı anaakım ve bilim karşıtı medya organizasyonlarında, evrimsel biyolojiyi "zayıflatan" bir "darbe" olarak sunuldu. Halbuki iş, burada bitmiyordu. Medya kaynakları, art niyetli bir şekilde araştırmanın ikinci ayağını görmezden geliyorlardı.

Elbette Hayır!

Genlere daha yakından bakan araştırmacılar, dev virüslerin öksüz genlerinde, kodlamaya yaramayan, körelmiş ve işlevsiz "genler arası" (intergenik) bölgeler buldular. Bu bölgeler, oldukça karmaşık ve anlamsız gen bölgeleridir. Çoğu zaman evrimsel sürecin artıkları ve körelmiş yapıları, bu "hurda DNA" kısımlarında saklanır ve nesilden nesile aktarılır. Bu durumda Pandoravirüslerin işlevsel genlerinin bu düzeyde intergenik bölgelere benzemesi ne anlama gelebilirdi?

Bunun en olası açıklaması şuydu: Pandoravirüslerin evriminde, işlevsiz intergenik bölgeler, yeniden işlev kazanacak şekilde değişmekteydi! Yani bu dev virüsler, işlevsiz gen kütüphanesini kullanarak, yepyeni genler üretebilmektedir. Evrimlerini aslen sürdüren olgu da bu hızlı değişen gen bölgeleridir.

Araştırmanın baş yazarı ve Yapısal ve Genomik Bilgi Laboratuvarı'ndan Jean-Michel Claverie, bu konuyla ilgili oldukça açık konuşuyor:

Eğer bu açıklamamız doğruysa, dev virüs genlerinin evrimsel geçmişine yönelik uzun araştırmalar nihayet sonlanacak demektir.

Eğer bu açıklama doğruysa, dev virüsler biyolojinin ilginç bir alt kümesi olarak bilim tarihinde yerini alacak: Bu türler, halihazırda evrimleşmiş ama sonradan körelmiş gen bölgelerini sürekli değiştirerek, yepyeni genler üretebilen varlıklardır.

Araştırmaların Yönü Ne Tarafa?

Artık "dev virüsler" diye bir varlık grubu olduğunu biliyor olduğumuz için, nereye bakarsak bakalım onları görmeye başladık. 2018'in başlarında, Brezilya'da 2 yeni Mimivirüs türü keşfedildi. Bu türlerin de oldukça karmaşık genleri olduğu anlaşıldı.

Eğer bu dev virüsleri daha yakından tanımayı başarırsak, biyolojinin bu son derece sıradışı türlerinin nasıl evrimleştiğini ve bunun bilim için ne anlama geldiğini daha iyi anlayacağız.

Elbette dev virüslerin özelliklerine dair araştırmalar devam ediyor. Araştırmaların ne yöne gideceğini ise, bu alandaki araştırmaların yeni sonuçları belirleyecek.