Lernergebnisse
- Beschreiben Sie, wie Viren zum ersten Mal entdeckt wurden und wie sie erkannt werden
- Diskutieren Sie drei Hypothesen zur Entwicklung von Viren
Viren sind nichtzelluläre parasitäre Entitäten, die keinem Königreich zugeordnet werden können. Sie können so unterschiedliche Organismen wie Bakterien, Pflanzen und Tiere infizieren. Tatsächlich existieren Viren in einer Art Unterwelt zwischen einem lebenden Organismus und einem nicht lebenden Wesen. Lebewesen wachsen, metabolisieren und vermehren sich. Im Gegensatz dazu sind Viren nicht zellulär, haben keinen Stoffwechsel oder wachsen nicht und können sich nicht durch Zellteilung teilen. Viren können sich selbst kopieren oder replizieren; Sie sind jedoch vollständig auf Ressourcen angewiesen, die von ihren Wirtszellen stammen, um Nachkommenviren zu produzieren — die in ihrer reifen Form zusammengebaut werden. Niemand weiß genau, wann oder wie sich Viren entwickelt haben oder aus welcher Quelle sie stammen, da Viren keinen Fossilienbestand hinterlassen haben. Einige Virologen behaupten, dass moderne Viren ein Mosaik von Bits und Stücken von Nukleinsäuren sind, die aus verschiedenen Quellen entlang ihrer jeweiligen Evolutionspfade aufgenommen wurden.
Abbildung 1. Das Tabakmosaikvirus (links), hier durch Transmissionselektronenmikroskopie gesehen, war das erste Virus, das entdeckt wurde. Das Virus verursacht Krankheiten bei Tabak und anderen Pflanzen wie der Orchidee (rechts). (credit a: USDA ARS; credit b: Modifikation der Arbeit von USDA Forest Service, Abteilung für Pflanzenpathologie, North Carolina State University; Scale-Bar—Daten von Matt Russell)
Entdeckung und Nachweis
Viren wurden erstmals nach der Entwicklung eines Porzellanfilters – des Chamberland—Pasteur-Filters – entdeckt, der alle im Mikroskop sichtbaren Bakterien aus jeder flüssigen Probe entfernen konnte. Im Jahr 1886 zeigte Adolph Meyer, dass eine Krankheit von Tabakpflanzen — Tabakmosaikkrankheit — über flüssige Pflanzenextrakte von einer erkrankten Pflanze auf eine gesunde übertragen werden kann. Im Jahr 1892 zeigte Dmitri Ivanowski, dass diese Krankheit auf diese Weise übertragen werden konnte, auch nachdem der Chamberland-Pasteur-Filter alle lebensfähigen Bakterien aus dem Extrakt entfernt hatte. Dennoch dauerte es viele Jahre, bis bewiesen wurde, dass diese „filterbaren“ Infektionserreger nicht einfach sehr kleine Bakterien waren, sondern eine neue Art von sehr kleinen, krankheitsverursachenden Partikeln.Die meisten Virionen oder einzelne Viruspartikel sind sehr klein, etwa 20 bis 250 Nanometer im Durchmesser. Einige kürzlich entdeckte Viren aus Amöben haben jedoch einen Durchmesser von bis zu 1000 nm. Mit Ausnahme von großen Virionen, wie dem Pockenvirus und anderen großen DNA-Viren, können Viren nicht mit einem Lichtmikroskop gesehen werden. Erst mit der Entwicklung des Elektronenmikroskops in den späten 1930er Jahren erhielten Wissenschaftler ihre erste gute Sicht auf die Struktur des Tabakmosaikvirus (TMV) (Abbildung 1), die oben diskutiert wurde, und anderer Viren (Abbildung 2). Die Oberflächenstruktur von Virionen kann sowohl durch Rasterelektronenmikroskopie als auch durch Transmissionselektronenmikroskopie beobachtet werden, während die inneren Strukturen des Virus nur in Bildern eines Transmissionselektronenmikroskops beobachtet werden können. Die Verwendung von Elektronenmikroskopie und anderen Technologien hat die Entdeckung vieler Viren aller Arten lebender Organismen ermöglicht.
Abbildung 2. In diesen transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahmen wird (a) ein Virus von der Bakterienzelle, die es infiziert, in den Schatten gestellt, während (b) diese E. coli-Zellen von kultivierten Dickdarmzellen in den Schatten gestellt werden. (credit a: Änderung der Arbeit von U.S. Dept. von Energie, Büro der Wissenschaft, LBL, PBD; Kredit b: Modifikation der Arbeit von J.P. Nataro und S. Sears, unpub. daten, CDC; scale-Bar-Daten von Matt Russell)
Evolution von Viren
Obwohl Biologen eine beträchtliche Menge an Wissen darüber gesammelt haben, wie sich heutige Viren entwickeln, ist viel weniger darüber bekannt, wie Viren überhaupt entstanden sind. Bei der Erforschung der Evolutionsgeschichte der meisten Organismen können Wissenschaftler fossile Aufzeichnungen und ähnliche historische Beweise betrachten. Viren versteinern jedoch nicht, so dass Forscher nur Hypothesen über die Evolutionsgeschichte von Viren aufstellen können, indem sie untersuchen, wie sich heutige Viren entwickeln, und indem sie biochemische und genetische Informationen verwenden, um spekulative Virushistorien zu erstellen.Während die meisten Ergebnisse darin übereinstimmen, dass Viren keinen einzigen gemeinsamen Vorfahren haben, müssen Wissenschaftler noch eine einzige Hypothese über die Herkunft von Viren finden, die auf dem Gebiet vollständig akzeptiert wird — und die Viren und ihre Eigenschaften vollständig erklärt. Es gibt jedoch drei Hypothesen, die am meisten akzeptiert wurden:
- Devolution oder regressive Hypothese. Diese Hypothese schlägt vor, den Ursprung von Viren zu erklären, indem vorgeschlagen wird, dass sich Viren aus frei lebenden Zellen entwickelt haben. Viele Komponenten, wie dieser Prozess stattgefunden haben könnte, sind jedoch ein Rätsel.
- Eskapistische oder progressive Hypothese. Diese Hypothese erklärt Viren, die entweder ein RNA- oder ein DNA-Genom haben, und legt nahe, dass Viren aus RNA- und DNA-Molekülen stammen, die aus einer Wirtszelle entkommen sind. Diese Hypothese erklärt jedoch nicht die komplexen Kapside und andere Strukturen auf Viruspartikeln.
- Selbstreplikationshypothese. Diese Hypothese geht von einem System der Selbstreplikation aus, das dem anderer selbstreplizierender Moleküle ähnelt und sich wahrscheinlich neben den Zellen entwickelt, auf die sie als Wirte angewiesen sind; Studien einiger Pflanzenpathogene stützen diese Hypothese.
Ein weiteres Problem für diejenigen, die virale Ursprünge und Evolution untersuchen, ist ihre hohe Mutationsrate, insbesondere bei RNA-Retroviren wie HIV / AIDS.Mit fortschreitender Technologie werden Wissenschaftler weitere Hypothesen entwickeln und verfeinern, um den Ursprung von Viren zu erklären — oder neue Hypothesen aufstellen. Das aufstrebende Gebiet namens Virus Molecular Systematics versucht genau das durch Vergleiche von sequenziertem genetischem Material zu tun. Diese Forscher hoffen, eines Tages den Ursprung von Viren besser zu verstehen, eine Entdeckung, die zu Fortschritten bei der Behandlung der von ihnen verursachten Krankheiten führen könnte.
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