การค้นพบไวรัสวิทยาสามารถเปลี่ยนแปลงชีววิทยาได้

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

ไวรัสมีขนาดเล็กแต่เป็น “สิ่งมีชีวิตที่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อ” หากไม่มีพวกเราคงไม่รอด อิทธิพลของพวกเขาที่มีต่อโลกของเราไม่อาจปฏิเสธได้ หาได้ง่ายนักวิทยาศาสตร์ยังคงระบุชนิดของไวรัสที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ แต่เรารู้เกี่ยวกับพวกเขามากแค่ไหน? เราจะรู้ได้อย่างไรว่าควรตรวจสอบอันไหนก่อน

ไวรัสโคโรน่า SARS-CoV-2 เป็นเพียงหนึ่งในหลายล้านไวรัสที่อาศัยอยู่บนโลกของเรา นักวิทยาศาสตร์กำลังระบุชนิดใหม่มากมายอย่างรวดเร็ว

Maya Breitbart มองหาไวรัสตัวใหม่ในกองปลวกแอฟริกา แมวน้ำแอนตาร์กติก และทะเลแดง แต่เมื่อมันปรากฏออกมา เพื่อค้นหาอะไรจริงๆ เธอแค่ต้องมองเข้าไปในสวนที่บ้านของเธอในฟลอริดา รอบๆ สระว่ายน้ำ คุณจะพบแมงมุมใยแก้วของสายพันธุ์ Gasteracantha cancriformis

พวกมันมีสีสดใสและลำตัวสีขาวโค้งมน ซึ่งสังเกตเห็นจุดสีดำและหนามสีแดงเข้มหกหนาม คล้ายกับอาวุธแปลก ๆ จากยุคกลาง แต่ภายในร่างของแมงมุมเหล่านี้ Maya Brightbart รู้สึกประหลาดใจเมื่อ Brightbart ผู้เชี่ยวชาญด้านนิเวศวิทยาไวรัสที่มหาวิทยาลัย South Florida ใน St. ไม่รู้จักวิทยาศาสตร์

อย่างที่คุณทราบ ตั้งแต่ปี 2020 เราซึ่งเป็นประชาชนทั่วไปได้หมกมุ่นอยู่กับไวรัสอันตรายเพียงตัวเดียวที่ทุกคนรู้จักในตอนนี้ แต่มีไวรัสอื่นๆ อีกมากมายที่ยังไม่ถูกตรวจพบ ตามที่นักวิทยาศาสตร์ประมาณ 10³¹อนุภาคไวรัสต่าง ๆ ซึ่งมากกว่าจำนวนดาวฤกษ์โดยประมาณในจักรวาลที่สังเกตได้หนึ่งหมื่นล้านเท่า

เป็นที่ชัดเจนว่าระบบนิเวศและสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับไวรัส ไวรัสเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก แต่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อ พวกมันเร่งการพัฒนาวิวัฒนาการเป็นเวลาหลายล้านปี ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา การถ่ายโอนยีนระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ได้ดำเนินการ ที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรโลก ไวรัสผ่าจุลินทรีย์ โยนเนื้อหาลงในสิ่งแวดล้อมทางน้ำ และเสริมใยอาหารด้วยสารอาหาร Curtis Suttle นักไวรัสวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียในแวนคูเวอร์ ประเทศแคนาดา กล่าวว่า เราคงอยู่ไม่ได้ถ้าไม่มีไวรัส

คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยอนุกรมวิธานของไวรัส (ICTV) พบว่าขณะนี้มีไวรัส 9,110 ชนิดที่แยกจากกันในโลก แต่เห็นได้ชัดว่าเป็นเพียงเศษเสี้ยวของไวรัสทั้งหมด ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการจำแนกไวรัสอย่างเป็นทางการในอดีตทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องปลูกฝังไวรัสในสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์หรือในเซลล์ของมัน กระบวนการนี้ใช้เวลานานและบางครั้งดูเหมือนซับซ้อนเกินจริง

เหตุผลที่สองคือ ในระหว่างการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เน้นไปที่การค้นหาไวรัสที่ทำให้เกิดโรคในมนุษย์หรือในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่มีคุณค่าต่อมนุษย์ ตัวอย่างเช่น เกี่ยวข้องกับฟาร์มเลี้ยงสัตว์และพืชผล

อย่างไรก็ตาม ตามที่การระบาดใหญ่ของ covid-19 เตือนเรา การศึกษาไวรัสที่สามารถแพร่เชื้อจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่งเป็นสิ่งสำคัญ และนี่เป็นภัยคุกคามต่อมนุษย์ เช่นเดียวกับสัตว์เลี้ยงหรือพืชผล

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา จำนวนไวรัสที่รู้จักได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอันเนื่องมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีการตรวจจับ และเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงล่าสุดในกฎเกณฑ์ในการระบุไวรัสชนิดใหม่ ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับไวรัสได้โดยไม่จำเป็นต้องปลูกฝัง สิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์

วิธีหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดคือเมทาโนมิกส์ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเก็บตัวอย่างจีโนมจากสิ่งแวดล้อมได้โดยไม่ต้องปลูกฝัง เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การจัดลำดับไวรัส ได้เพิ่มชื่อไวรัสลงในรายการมากขึ้น ซึ่งรวมถึงชื่อไวรัสที่แพร่หลายอย่างน่าประหลาดใจ แต่ยังส่วนใหญ่ซ่อนจากนักวิทยาศาสตร์

“ตอนนี้เป็นเวลาที่ดีในการทำวิจัยประเภทนี้” Maya Brightbart กล่าว - ฉันคิดว่าในหลาย ๆ ทางตอนนี้เป็นเวลาสำหรับ virome [virome - การรวบรวมไวรัสทั้งหมดที่เป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตแต่ละตัว - ประมาณ Transl.] ".

ในปี 2020 เพียงปีเดียว ICTV ได้เพิ่ม 1,044 สายพันธุ์ใหม่ลงในรายชื่อไวรัสอย่างเป็นทางการ โดยมีไวรัสอีกหลายพันชนิดที่รอการอธิบายและยังไม่ทราบชื่อ การเกิดขึ้นของจีโนมที่หลากหลายเช่นนี้ทำให้นักไวรัสวิทยาต้องคิดใหม่ถึงวิธีการจำแนกไวรัสและช่วยชี้แจงกระบวนการวิวัฒนาการของไวรัส มีหลักฐานที่แน่ชัดว่าไวรัสไม่ได้มาจากแหล่งเดียว แต่เกิดขึ้นหลายครั้ง

Jens Kuhn นักไวรัสวิทยาจากสถาบันโรคภูมิแพ้และโรคติดเชื้อแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (NIAID) ใน Fort Detrick รัฐแมริแลนด์ กล่าวว่าขนาดที่แท้จริงของชุมชนไวรัสทั่วโลกนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่า "เราไม่รู้จริงๆ ว่ากำลังเกิดอะไรขึ้น"

ทุกที่และทุกที่

ไวรัสใด ๆ มีคุณสมบัติสองประการ: ประการแรก จีโนมของไวรัสแต่ละชนิดถูกหุ้มด้วยโปรตีนเคลือบ และประการที่สอง ไวรัสแต่ละตัวใช้สิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์จากต่างประเทศ - ไม่ว่าจะเป็นมนุษย์ แมงมุม หรือพืช - เพื่อจุดประสงค์ในการสืบพันธุ์ แต่รูปแบบทั่วไปนี้มีความหลากหลายนับไม่ถ้วน

ตัวอย่างเช่น เซอร์โคไวรัสขนาดเล็กมียีนเพียงสองหรือสามยีน ในขณะที่ไวรัสมิมิขนาดใหญ่ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าแบคทีเรียบางชนิด มียีนหลายร้อยยีน

ตัวอย่างเช่น มีแบคทีเรียที่คล้ายกับอุปกรณ์สำหรับลงจอดบนดวงจันทร์ - แบคทีเรียเหล่านี้ติดเชื้อแบคทีเรีย และแน่นอนว่าทุกวันนี้ทุกคนรู้เกี่ยวกับลูกบอลนักฆ่าที่ประดับด้วยหนามซึ่งตอนนี้ภาพที่คุ้นเคยอย่างเจ็บปวดบางทีสำหรับทุกคนในประเทศใด ๆ ในโลก และไวรัสก็มีคุณลักษณะนี้เช่นกัน: ไวรัสกลุ่มหนึ่งเก็บจีโนมของพวกเขาไว้ในรูปแบบของดีเอ็นเอ ในขณะที่อีกกลุ่มหนึ่ง - อยู่ในรูปของอาร์เอ็นเอ

มีแม้กระทั่งแบคทีเรียที่ใช้ตัวอักษรพันธุกรรมทางเลือก ซึ่งฐานไนโตรเจน A ในระบบ ACGT แบบบัญญัติจะถูกแทนที่ด้วยโมเลกุลอื่นที่กำหนดโดยตัวอักษร Z [ตัวอักษร A หมายถึงฐานไนโตรเจน "อะดีนีน" ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียส กรด (DNA และ RNA); ACGT- เบสไนโตรเจนที่ประกอบขึ้นเป็น DNA ได้แก่ A - adenine, C - cytosine, G - guanine, T - thymine, - ประมาณ แปล].

ไวรัสมีอยู่ทุกหนทุกแห่งและมีจมูกยาวจนสามารถปรากฏขึ้นได้แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่ได้มองหาไวรัสก็ตาม ตัวอย่างเช่น Frederik Schulz ไม่ได้ตั้งใจจะศึกษาไวรัสเลย พื้นที่ของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของเขาคือลำดับของจีโนมจากน้ำเสีย ในฐานะนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยเวียนนา ชูลทซ์ใช้เมตาเจโนมิกส์เพื่อค้นหาแบคทีเรียในปี 2558 ด้วยวิธีนี้ นักวิทยาศาสตร์จะแยก DNA ออกจากสิ่งมีชีวิตหลายชนิด บดให้เป็นชิ้นเล็กๆ และจัดลำดับดีเอ็นเอ จากนั้นโปรแกรมคอมพิวเตอร์จะรวบรวมจีโนมแต่ละตัวจากชิ้นส่วนเหล่านี้ ขั้นตอนนี้ชวนให้นึกถึงการประกอบตัวต่อหลายร้อยตัวในคราวเดียวจากชิ้นส่วนที่แยกจากกันผสมกัน

ในบรรดาจีโนมของแบคทีเรีย ชูลทซ์ช่วยไม่ได้ที่จะสังเกตเห็นจีโนมของไวรัสชิ้นใหญ่ (เห็นได้ชัดว่าเพราะกลุ่มนี้มียีนซองจดหมายของไวรัส) ซึ่งรวมถึงคู่เบส 1.57 ล้านคู่ จีโนมไวรัสนี้กลายเป็นยักษ์ มันเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มของไวรัส ซึ่งสมาชิกเป็นไวรัสยักษ์ทั้งในด้านขนาดจีโนมและในขนาดสัมบูรณ์ (ปกติจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 นาโนเมตรขึ้นไป)ไวรัสนี้แพร่เชื้ออะมีบา สาหร่าย และโปรโตซัวอื่นๆ ซึ่งส่งผลต่อระบบนิเวศในน้ำ เช่นเดียวกับระบบนิเวศบนบก

Frederick Schultz ซึ่งปัจจุบันเป็นนักจุลชีววิทยาที่สถาบันจีโนมร่วมของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ในเมืองเบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนีย ตัดสินใจค้นหาไวรัสที่เกี่ยวข้องในฐานข้อมูลเมตาเจโนม ในปี 2020 ในบทความของพวกเขา Schultz และเพื่อนร่วมงานของเขาได้อธิบายจีโนมมากกว่าสองพันตัวจากกลุ่มที่มีไวรัสยักษ์ จำได้ว่าก่อนหน้านี้มีเพียง 205 จีโนมดังกล่าวรวมอยู่ในฐานข้อมูลที่เปิดเผยต่อสาธารณะ

นอกจากนี้ นักไวรัสวิทยายังต้องมองเข้าไปในร่างกายมนุษย์เพื่อค้นหาสายพันธุ์ใหม่ ผู้เชี่ยวชาญด้านไวรัสชีวสารสนเทศ Luis Camarillo-Guerrero ร่วมกับเพื่อนร่วมงานจาก Senger Institute ใน Hinkston (สหราชอาณาจักร) ได้วิเคราะห์ metagenomes ในลำไส้ของมนุษย์และสร้างฐานข้อมูลที่มีแบคทีเรียมากกว่า 140,000 สายพันธุ์ มากกว่าครึ่งหนึ่งไม่รู้จักวิทยาศาสตร์

'การศึกษาร่วมของนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งตีพิมพ์ในเดือนกุมภาพันธ์ ใกล้เคียงกับการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ว่ากลุ่มไวรัสกลุ่มหนึ่งที่แพร่เชื้อในลำไส้ของมนุษย์บ่อยที่สุด คือกลุ่มที่รู้จักกันในชื่อ crAssphage (ตั้งชื่อตามโปรแกรม cross-assembler ที่ค้นพบในปี 2014). แม้จะมีไวรัสจำนวนมากในกลุ่มนี้ แต่นักวิทยาศาสตร์รู้เพียงเล็กน้อยว่าไวรัสในกลุ่มนี้มีส่วนร่วมในไมโครไบโอมของมนุษย์อย่างไร Camarillo-Guerrero ซึ่งปัจจุบันทำงานให้กับบริษัทจัดลำดับดีเอ็นเอ Illumina (Illumina ตั้งอยู่ในเมืองเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร) กล่าว

Metagenomics ได้ค้นพบไวรัสมากมาย แต่ในขณะเดียวกัน Metagenomics ก็เพิกเฉยต่อไวรัสจำนวนมาก ในเมตาจีโนมทั่วไป ไวรัสอาร์เอ็นเอไม่ได้รับการจัดลำดับ ดังนั้นนักจุลชีววิทยา Colin Hill จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติไอริช ในเมืองคอร์ก ประเทศไอร์แลนด์ และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นหาในฐานข้อมูล RNA ที่เรียกว่า metatranscripts

นักวิทยาศาสตร์มักจะอ้างถึงข้อมูลนี้เมื่อศึกษายีนในประชากร กล่าวคือ ยีนเหล่านั้นที่ถูกแปลงเป็น RNA ของผู้ส่งสารอย่างแข็งขัน [messenger RNA (หรือ mRNA) เรียกอีกอย่างว่า messenger RNA (mRNA) - ประมาณ แปล] เกี่ยวข้องกับการผลิตโปรตีน แต่สามารถพบจีโนมของไวรัสอาร์เอ็นเอได้ที่นั่น ทีมวิจัยได้ใช้เทคนิคการคำนวณเพื่อดึงลำดับจากข้อมูล 1,015 จีโนมของไวรัสใน metatrancryptomes จากตัวอย่างตะกอนและน้ำ ขอบคุณผลงานของนักวิทยาศาสตร์ ข้อมูลเกี่ยวกับไวรัสที่รู้จักเพิ่มขึ้นอย่างมากหลังจากมีบทความเพียงบทความเดียวปรากฏขึ้น

ด้วยวิธีเหล่านี้ เป็นไปได้ที่จะรวบรวมจีโนมที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติโดยไม่ได้ตั้งใจ แต่เพื่อป้องกันสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้การใช้วิธีการควบคุม แต่มีจุดอ่อนอื่น ๆ เช่นกัน ตัวอย่างเช่น การแยกไวรัสบางประเภทที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากเป็นการยากสำหรับโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่จะรวมลำดับยีนที่แตกต่างกันออกไป

อีกวิธีหนึ่งคือการจัดลำดับจีโนมของไวรัสแต่ละชนิดแยกกัน เช่นเดียวกับที่ทำโดยนักจุลชีววิทยา มานูเอล มาร์ติเนซ-การ์เซีย แห่งมหาวิทยาลัยอลิกันเตในสเปน หลังจากผ่านน้ำทะเลผ่านตัวกรอง เขาแยกไวรัสบางชนิด ขยาย DNA ของพวกมันและดำเนินการจัดลำดับ

หลังจากการลองครั้งแรก เขาพบ 44 จีโนม ปรากฎว่าหนึ่งในนั้นเป็นหนึ่งในไวรัสที่พบบ่อยที่สุดชนิดหนึ่งที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทร ไวรัสนี้มีความหลากหลายทางพันธุกรรมอย่างมาก (กล่าวคือ ชิ้นส่วนทางพันธุกรรมของอนุภาคไวรัสนั้นแตกต่างกันมากในอนุภาคไวรัสต่างๆ) ซึ่งจีโนมของมันไม่เคยปรากฏในการวิจัยเมทาโนมิกส์ นักวิทยาศาสตร์ตั้งชื่อมันว่า "37-F6" เนื่องจากตำแหน่งของมันบนจานทดลองอย่างไรก็ตาม มาร์ติเนซ-การ์เซียพูดติดตลก เนื่องจากจีโนมสามารถซ่อนตัวได้ในสายตาปกติ จึงควรได้รับการตั้งชื่อว่า 007 ตามชื่อซุปเปอร์เอเจนต์เจมส์ บอนด์

ต้นไม้ครอบครัวของไวรัส

ไวรัสในมหาสมุทรดังกล่าว เป็นความลับอย่างเจมส์ บอนด์ ไม่มีชื่อภาษาละตินที่เป็นทางการ เช่นเดียวกับจีโนมของไวรัสหลายพันชนิดที่ค้นพบในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาโดยใช้เมทาโนมิกส์ ลำดับจีโนมเหล่านี้เป็นคำถามที่ยากสำหรับ ICTV: จีโนมหนึ่งตัวเพียงพอที่จะตั้งชื่อไวรัสหรือไม่? จนถึงปี 2559 มีคำสั่งดังต่อไปนี้: หากนักวิทยาศาสตร์เสนอไวรัสชนิดใหม่หรือกลุ่มอนุกรมวิธานสำหรับ ICTV ดังนั้นด้วยข้อยกเว้นที่หายากจึงจำเป็นต้องจัดให้มีการเพาะเลี้ยงไม่เพียง แต่ไวรัสนี้ แต่ยังรวมถึงสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ด้วย แต่ในปี 2559 หลังจากการถกเถียงกันอย่างเข้มข้น นักไวรัสวิทยาเห็นพ้องต้องกันว่าจีโนมเพียงตัวเดียวก็เพียงพอแล้ว

แอปพลิเคชั่นสำหรับไวรัสใหม่และกลุ่มไวรัสเริ่มมาถึง แต่ความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการระหว่างไวรัสเหล่านี้ในบางครั้งก็ยังไม่ชัดเจน นักไวรัสวิทยามักจะจำแนกไวรัสตามรูปร่าง (เช่น "ยาว" "ผอม" "หัวและหาง") หรือตามจีโนมของไวรัส (DNA หรือ RNA เกลียวเดี่ยวหรือเกลียวคู่) แต่คุณสมบัติเหล่านี้บอกเราได้น้อยมากอย่างน่าประหลาดใจ เกี่ยวกับต้นกำเนิดทั่วไปของพวกเขา ตัวอย่างเช่น ไวรัสที่มีจีโนม DNA แบบสองสายดูเหมือนจะมีต้นกำเนิดในสถานการณ์ที่แตกต่างกันอย่างน้อยสี่อย่าง

การจำแนกประเภทเริ่มต้นของไวรัส ICTV (ซึ่งหมายความว่าต้นไม้ของไวรัสและต้นไม้ของรูปแบบชีวิตเซลล์นั้นแยกจากกัน) รวมเฉพาะขั้นตอนที่ต่ำกว่าของลำดับชั้นวิวัฒนาการตั้งแต่ชนิดและสกุลจนถึงระดับที่ตาม การจำแนกสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เทียบเท่ากับไพรเมตหรือต้นสน ไม่มีลำดับชั้นวิวัฒนาการของไวรัสในระดับที่สูงกว่า และตระกูลไวรัสจำนวนมากแยกจากกันโดยไม่มีการเชื่อมโยงกับไวรัสประเภทอื่น ดังนั้นในปี 2018 ICTV ได้เพิ่มระดับการสั่งซื้อที่สูงขึ้นเพื่อจำแนกไวรัส: คลาส ประเภท และขอบเขต

ที่ด้านบนสุดของการจำแนกไวรัส ICTV วางกลุ่มที่เรียกว่า "อาณาจักร" (อาณาจักร) ซึ่งเป็นสิ่งที่คล้ายคลึงกันของ "โดเมน" สำหรับรูปแบบชีวิตเซลล์ (แบคทีเรีย อาร์เคีย และยูคาริโอต) เช่น ICTV ใช้คำที่ต่างกันเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างต้นไม้ทั้งสอง (เมื่อหลายปีก่อน นักวิทยาศาสตร์บางคนแนะนำว่าไวรัสบางตัวอาจพอดีกับต้นไม้ของรูปแบบชีวิตเซลล์ แต่แนวคิดนี้ยังไม่ได้รับการอนุมัติอย่างกว้างขวาง)

ICTV ได้สรุปกิ่งก้านของต้นไม้ไวรัสและกำหนดไวรัส RNA ให้กับภูมิภาคที่เรียกว่า Riboviria; อย่างไรก็ตาม ส่วนหนึ่งของพื้นที่นี้คือไวรัส SARS-CoV-2 และโคโรนาไวรัสอื่นๆ ซึ่งมีจีโนมเป็น RNA สายเดี่ยว แต่แล้วชุมชนนักไวรัสวิทยาจำนวนมากต้องเสนอกลุ่มอนุกรมวิธานเพิ่มเติม นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการ Eugene Koonin จากศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติในเมือง Bethesda รัฐแมริแลนด์ได้รวบรวมทีมนักวิทยาศาสตร์เพื่อหาวิธีแรกในการจัดหมวดหมู่ไวรัส ด้วยเหตุนี้ คูนินจึงตัดสินใจวิเคราะห์จีโนมของไวรัสทั้งหมด รวมทั้งผลการศึกษาโปรตีนของไวรัสด้วย

พวกเขาจัดระเบียบภูมิภาค Riboviria ใหม่และเสนออีกสามอาณาจักร มีข้อโต้แย้งในรายละเอียดบางอย่าง Kunin กล่าว แต่ในปี 2020 การจัดระบบได้รับการอนุมัติโดยสมาชิก ICTV โดยไม่ยาก Kunin กล่าวว่าอีกสองอาณาจักรได้รับไฟเขียวในปี 2564 แต่สี่อาณาจักรดั้งเดิมนั้นน่าจะใหญ่ที่สุด ในท้ายที่สุด คูนินแนะนำ จำนวนอาณาจักรอาจสูงถึง 25

ตัวเลขนี้ยืนยันความสงสัยของนักวิทยาศาสตร์หลายคน: ไวรัสไม่มีบรรพบุรุษร่วมกัน Kunin กล่าวว่า "ไม่มีต้นกำเนิดเดียวสำหรับไวรัสทั้งหมด "มันไม่มีอยู่จริง" ซึ่งหมายความว่าไวรัสน่าจะปรากฏขึ้นหลายครั้งตลอดประวัติศาสตร์ของชีวิตบนโลกดังนั้นเราจึงไม่มีเหตุผลที่จะพูดว่าไวรัสไม่สามารถปรากฏขึ้นได้อีก นักไวรัสวิทยา Mart Krupovic จากสถาบัน Institut Pasteur ในปารีส กล่าวว่า "ไวรัสชนิดใหม่มักปรากฏขึ้นในธรรมชาติตลอดเวลา ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องทั้งในการตัดสินใจของ ICTV และงานวิจัยของกลุ่ม Kunin เรื่องการจัดระบบ

นักไวรัสวิทยามีสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับสาเหตุของอาณาจักร บางทีอาณาจักรอาจเกิดจากองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เป็นอิสระในยามรุ่งอรุณแห่งชีวิตบนดาวเคราะห์โลก แม้กระทั่งก่อนที่เซลล์จะก่อตัวขึ้น หรือบางทีพวกมันอาจทิ้งเซลล์ทั้งหมด "หนี" จากพวกมัน โดยละทิ้งกลไกของเซลล์ส่วนใหญ่เพื่อรักษาการดำรงอยู่ของพวกมันให้อยู่ในระดับต่ำสุด Kunin และ Krupovich เห็นด้วยกับสมมติฐานลูกผสมตามที่องค์ประกอบทางพันธุกรรมหลักเหล่านี้ "ขโมย" สารพันธุกรรมจากเซลล์เพื่อสร้างอนุภาคไวรัส เนื่องจากมีสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับที่มาของไวรัส จึงเป็นไปได้มากที่การปรากฏตัวของไวรัสดังกล่าวมีหลายวิธี กล่าวโดยนักไวรัสวิทยา Jens Kuhn ผู้ซึ่งทำงานในคณะกรรมการ ICTV เพื่อเสนอให้จัดระบบไวรัสใหม่

แม้ว่าต้นไม้ของไวรัสและเซลล์จะแตกต่างกัน แต่กิ่งก้านของพวกมันไม่เพียงสัมผัส แต่ยังแลกเปลี่ยนยีนอีกด้วย แล้วไวรัสควรจำแนกไว้ที่ใด - มีชีวิตหรือไม่มีชีวิต? คำตอบขึ้นอยู่กับว่าคุณนิยามคำว่า "มีชีวิต" อย่างไร นักวิทยาศาสตร์หลายคนไม่คิดว่าไวรัสเป็นสิ่งมีชีวิต ในขณะที่คนอื่นไม่เห็นด้วย "ฉันมักจะเชื่อว่าพวกมันยังมีชีวิตอยู่" ฮิโรยูกิ โอกาตะ นักวิทยาศาสตร์ด้านชีวสารสนเทศ ซึ่งกำลังค้นคว้าเกี่ยวกับไวรัสที่มหาวิทยาลัยเกียวโตในญี่ปุ่นกล่าว “พวกมันมีวิวัฒนาการ พวกมันมีสารพันธุกรรมที่ทำจาก DNA และ RNA และเป็นปัจจัยที่สำคัญมากในการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด"

การจำแนกประเภทปัจจุบันได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและแสดงถึงความพยายามครั้งแรกในการสรุปความหลากหลายของไวรัส แม้ว่านักไวรัสวิทยาบางคนเชื่อว่าค่อนข้างไม่แน่ชัด ตระกูลไวรัสหลายสิบตระกูลยังคงไม่มีความเกี่ยวข้องกับอาณาจักรใดเลย มานูเอล มาร์ติเนซ-การ์เซีย นักจุลชีววิทยากล่าวว่า ข่าวดีก็คือเรากำลังพยายามจัดระเบียบระเบียบนี้อย่างน้อย

พวกเขาเปลี่ยนโลก

มวลรวมของไวรัสที่อาศัยอยู่บนโลกนั้นเทียบเท่ากับวาฬสีน้ำเงิน 75 ล้านตัว นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าไวรัสมีผลกระทบต่อใยอาหาร ระบบนิเวศน์ และแม้กระทั่งชั้นบรรยากาศของโลก แมทธิว ซัลลิแวน ผู้เชี่ยวชาญด้านไวรัสวิทยาสิ่งแวดล้อมแห่งมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตตที่โคลัมบัส ระบุว่า นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบไวรัสชนิดใหม่มากขึ้นเรื่อยๆ โดยนักวิจัย "ค้นพบวิธีที่ไวรัสส่งผลกระทบโดยตรงต่อระบบนิเวศ" ที่ไม่เคยรู้มาก่อน นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามหาปริมาณการเปิดรับไวรัสนี้

“ตอนนี้เราไม่มีคำอธิบายง่ายๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น” ฮิโรยูกิ โอกาตะกล่าว

ในมหาสมุทรของโลก ไวรัสสามารถปล่อยให้จุลินทรีย์ที่เป็นโฮสต์ของมันปล่อยคาร์บอนออกมา ซึ่งจะถูกรีไซเคิลโดยสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่กินภายในของจุลินทรีย์ที่เป็นโฮสต์เหล่านี้ แล้วปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา แต่ไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ยังได้ข้อสรุปว่าเซลล์ที่แตกออกมักจะเกาะกลุ่มและจมลงสู่ก้นมหาสมุทรของโลก ซึ่งจับคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศ

แมทธิว ซัลลิแวนกล่าวว่าการละลายของชั้นดินเยือกแข็งบนพื้นดินเป็นแหล่งสำคัญของการสร้างคาร์บอน และดูเหมือนว่าไวรัสจะช่วยปลดปล่อยคาร์บอนจากจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมนี้ ในปี 2018 ซัลลิแวนและเพื่อนร่วมงานของเขาได้อธิบายจีโนมของไวรัส 1,907 ตัวและชิ้นส่วนของพวกมันที่เก็บรวบรวมระหว่างการละลายของน้ำแข็งแห้งในน้ำแข็งในสวีเดน ซึ่งรวมถึงยีนของโปรตีนที่อาจส่งผลต่อกระบวนการสลายตัวของสารประกอบคาร์บอนและบางทีอาจเป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงของพวกมันเป็นก๊าซเรือนกระจก.

ไวรัสสามารถส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ได้เช่นกัน (เช่น สับเปลี่ยนจีโนมของพวกมัน)ตัวอย่างเช่น ไวรัสนำพายีนสำหรับการดื้อยาปฏิชีวนะจากแบคทีเรียตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง และในที่สุดสายพันธุ์ที่ดื้อยาก็อาจมีผลเหนือกว่า ตามรายงานของ Luis Camarillo-Guerrero เมื่อเวลาผ่านไป การถ่ายโอนยีนดังกล่าวอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการที่ร้ายแรงในประชากรบางกลุ่ม ไม่ใช่แค่ในแบคทีเรียเท่านั้น ดังนั้น จากการประมาณการบางอย่าง 8% ของ DNA ของมนุษย์มีต้นกำเนิดจากไวรัส ตัวอย่างเช่น จากไวรัสที่บรรพบุรุษของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมของเราได้รับยีนที่จำเป็นสำหรับการพัฒนารก

นักวิทยาศาสตร์ต้องการมากกว่าแค่จีโนมเพื่อไขคำถามมากมายเกี่ยวกับพฤติกรรมของไวรัส นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องค้นหาโฮสต์ของไวรัส ในกรณีนี้ เบาะแสสามารถเก็บไว้ในตัวไวรัสได้ ตัวอย่างเช่น ไวรัสสามารถมีชิ้นส่วนที่จดจำได้ของสารพันธุกรรมของโฮสต์ในจีโนมของมันเอง

นักจุลชีววิทยา Manuel Martinez-Garcia และเพื่อนร่วมงานได้ใช้จีโนมแบบเซลล์เดียวเพื่อระบุจุลินทรีย์ที่มีไวรัส 37-F6 ที่เพิ่งค้นพบ สิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ของไวรัสนี้คือแบคทีเรีย Pelagibacter ซึ่งเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตทางทะเลที่แพร่หลายและหลากหลายที่สุด ในบางภูมิภาคของมหาสมุทรโลก Pelagibacter คิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของเซลล์ทั้งหมดที่อาศัยอยู่ในน่านน้ำของมัน หากไวรัส 37-F6 หายไปอย่างกะทันหัน Martinez-Garcia ยังคงพูดต่อ ชีวิตของสิ่งมีชีวิตในน้ำจะถูกทำลายอย่างรุนแรง

นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องค้นหาว่ามันจะเปลี่ยนแปลงโฮสต์ของมันอย่างไรเพื่อให้ได้ภาพรวมที่สมบูรณ์ของผลกระทบของไวรัสชนิดใดชนิดหนึ่ง อเล็กซานดรา เวิร์ดเดน นักนิเวศวิทยาด้านวิวัฒนาการแห่งศูนย์วิทยาศาสตร์มหาสมุทรอธิบาย Helmholtz (GEOMAR) ในเมืองคีล ประเทศเยอรมนี พัศดีกำลังศึกษาไวรัสยักษ์ที่มียีนสำหรับโปรตีนเรืองแสงที่เรียกว่าโรดอปซิน

โดยหลักการแล้ว ยีนเหล่านี้ยังสามารถเป็นประโยชน์สำหรับสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ ตัวอย่างเช่น เพื่อจุดประสงค์เช่นการถ่ายโอนพลังงานหรือการส่งสัญญาณ แต่ความจริงข้อนี้ยังไม่ได้รับการยืนยัน เพื่อค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้นกับยีน rhodopsin Alexandra Vorden วางแผนที่จะปลูกฝังสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ (โฮสต์) ร่วมกับไวรัสเพื่อศึกษากลไกการทำงานของคู่นี้ (โฮสต์ไวรัส) รวมกันเป็นคอมเพล็กซ์เดียว - "ไวโรเซลล์"

"โดยทางชีววิทยาของเซลล์เท่านั้นที่คุณสามารถบอกได้ว่าบทบาทที่แท้จริงของปรากฏการณ์นี้คืออะไรและส่งผลต่อวัฏจักรคาร์บอนอย่างไร" พัศดีกล่าวเสริม

ที่บ้านของเธอในฟลอริดา Maya Brightbart ไม่ได้เพาะพันธุ์ไวรัสที่แยกได้จากแมงมุม Gasteracantha cancriformis แต่เธอได้เรียนรู้สิ่งหนึ่งหรือสองเกี่ยวกับพวกมัน ไวรัสสองตัวที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ที่พบในแมงมุมเหล่านี้อยู่ในกลุ่มที่ Brightbart อธิบายว่า "น่าทึ่ง" - และทั้งหมดเป็นเพราะจีโนมเล็ก ๆ ของพวกมัน: ตัวแรกเข้ารหัสยีนสำหรับชั้นเคลือบโปรตีน ตัวที่สอง - ยีนสำหรับโปรตีนจำลอง

เนื่องจากไวรัสตัวใดตัวหนึ่งมีอยู่ในร่างกายของแมงมุมเท่านั้น แต่ไม่มีที่ขา Brightbart เชื่อว่าที่จริงแล้วหน้าที่ของมันคือการแพร่กระจายของเหยื่อ ซึ่งแมงมุมจะกินในภายหลัง ไวรัสตัวที่สองสามารถพบได้ในบริเวณต่างๆ ของร่างกายแมงมุม - ในกลุ่มไข่และลูกหลาน - ดังนั้น Brightbart เชื่อว่าไวรัสนี้ถ่ายทอดจากพ่อแม่สู่ลูก ตามข้อมูลของ Brightbart ไวรัสนี้ไม่เป็นอันตรายต่อแมงมุม

ดังนั้นไวรัสจึงเป็น "วิธีที่ง่ายที่สุดในการค้นหา" Maya Brightbart กล่าว เป็นการยากที่จะกำหนดกลไกที่ไวรัสส่งผลต่อวงจรชีวิตและนิเวศวิทยาของสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ แต่ก่อนอื่น นักไวรัสวิทยาต้องตอบคำถามที่ยากที่สุดข้อหนึ่ง Brightbart เตือนเราว่า "เราจะรู้ได้อย่างไรว่าควรตรวจสอบข้อไหนตั้งแต่แรก"