Vírus e Árvore Da Vida

7/23/2019 Vírus e Árvore Da Vida

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Inclusão dos Vírus na Árvore da Vida

Contribuição da Filogenômica eda Biologia Estrutural



O que é a Árvore da Vida?

Em "Origin of Species", Darwin propôs o que veio a se tornar teoria unificadora da Biologia!

Neste famoso trabalho, a única informação não-verbal conúnica figura de uma hipotética árvore de descendência, upuro sem intenção de designar formas de vida real aos ramo

Alguns anos depois, Ernest Haeckel populou a árvore com variedade de organismos, quase exclusivamente animarelações entre eles, refletidas na topologia da árvore, a partiranatomia comparada



Descendência Linear e Evolulão Vertical

A ideia da Árvore Universal da Vida representa visualmente odescendência linear da evolução vertical, e portanto, a ideia de formas de vida têm um ancestral comum.

Esta hipótese foi desenvolvida sem nenhum conhecimento sofísicas da hereditariedade, e até hoje, apesar dos muitos

mudaram drásticamente nossa visão científica da evolução, repideia válida e útil para a compreensão dos princípios biológicoevolução



A Síntese Moderna ou o Neodarwinismo

● Após a redescoberta das leis de Mendel, com o desenvogenética populacional no começo do século XX, estabeleceugenéticas da evolução.

● Sua compreensão avançada, informada por trabalhosexperimentais em genética, foi consolidada na Síntese biologia evolucionista.

● Agora, 50 anos depois, a biologia evolutiva sem dúvida encgrande desafio. E se a Síntese Moderna pode ser deDarwinismo sob luz da Genética (neodarwinismo), então, o na biologia evolucionista sob luz da Genômica e da Microbiolo



Apesar de os arquitetos da Síntese Moderna certamente sagenomas e micróbios em princípio, eles não sabiam o bincorporar informação sobre genomas além do nível da genétnão realizaram a importância dos micróbios para a compreensão

Estavam mais interessados nos mecanismos de microevolução do que no curso da macroevolução supostamente refletido na áOs organismos mais relevantes neste esquema eram animais mu



Filogenética Molecular

Pela metade do século XX, microbiólogos já sabiam claramente qpossuem genomas e podem mutar e evoluir, em princípio, sianimais e plantas, porém todas tentativas de inferir evolução partir de características morfológicas e fisiológicas falharam.

Os rumos da filogenética e da evolução microbiana mudaram dnos anos 70 quando Carl Woese e colegas perceberam que nucleotídica de uma molécula universalmente conservada, 16S rser usada para inferir uma árvore filogenética universal!



No curso dos anos seguintes, os filos maiores de Bactériaeucariotos unicelulares foram estabelecidos, e a famosa árvoemergiu como o paradigma da história da vida celular na terra mais ou menos intacto até hoje.

Este avanço possibilitado pela filogenética molecular repreruptura dramática com o modelo de Árvore da Vida de Haeckel, (eucariotos unicelulares) e Monera (bactérias) ocupavainespecíficas perto da raíz e não eram organismos consideradospara o quadro amplo da evolução



Técnicamente, esta árvore representa a história de um úunanimemente considerado o gene de referência adequado a re

da evolução dos organismos respectivos. E outros genes univeproteínas ribossomais 18S RNA ou subunidades de RNA polimeconsiderados importantes apenas no caso de sua inclusão poderresolução dos árvores filogenéticas.

Mesmo após realizarem a capacidade bacteriana de troca de genética via transferência horizontal de genes (THG), e descremúltiplicos mecanismos moleculares, microbiólogos viram a THfenômeno menor, importante apenas em circunstâncias especiaisminava o conceito da Árvore da Vida, que poderia ser reconstruída

filogenética de rRNA e outros genes conservados.



Estas convicções vieram a baixo graças aos estudos de filogenôfilogenética comparada de múltiplos genes de vários genomas):

Genomas de bactérias e archaeas são literalmente moldados

Em procariotos parece não existir dois genes com exatamenhistória evolutiva, aparentemente porque todos genes expereem algum estágio de sua evolução.



Tree of Life x Network of LifeAinda assim alguns genes, aqueles que codificam componentes dtranslação, demostram congruência substancial (mas não ide

entre eles, e com a clássica árvore de rRNA. São poucas a quantárvores congruentes.

Estas constatações abalaram fortemente o conceito de descendeevolução vertical, base da concepção darwinista e neodarwinista

Pictoricamente, muitos ramos da Árvore da Vida se tornaram intesendo a transição de uma árvore, para uma Rede da Vida, um tóde estudo sobre o tema.



Árvore Estatística da VidaA análise estatística de milhares de árvores filogenéticas para dde procariotos demonstrou que uma tendencia central altamenté detectada na floresta filogenética.

Assim, apesar de uma árvore filogenética de um componenconservado do maquinário de processamento informacirepresentar apenas a minoria dos sinais filogenéticos pfilogenética, e portanto, não poder representar uma Árvore UVida, também tampouco pode ser considerada uma árvorearbitrária e irrelevante, pois representa uma tendencia evolutrelfete uma Árvore Estatística da Vida



E os vírus? Primeiros incentivos, fagos e mHouve desde os princípios da microbiologia, um enorme incentidos vírus devido a sua importância médica e econômica.

Mas a pesquisa em vírus de bactérias (fagos) não tiveram esse ifoco inicial desta se tornou os mecanismos básicos por trás da fuT4 e lambada no hospedeiro E.coli, e não a diversidade e evoluçã

Apenas mais tarde veio a hipótese modular da evoução dos faggenoma é compreendido como um embaralhado aleatório degene, ou módulos, onde cada um realiza uma dada função.



Evolução horizontal por troca lateral de módulos gênicos foifagos muito antes de se tornar um assunto quente em modelos bacterias.

E mesmo não apresentando evolução vertical no sentido darwdescobertas não foram tidas como relevantes para o grand

evolução, pois fagos eram vistos apenas como material genéticogenoma bacteriano que apenas atingiu certo grau de independên



● Hipótese Top-Down: fagos são resultados de extrema perdgenoma bacteriano acompanhada pela sua transformaçãocelulares.

● Hipótese Bottom-Up: fagos são resultados da agregação descaparam do controle celular, atingindo independência em

cromossomo bacterial com respeito à replicação, plasmídeos; e em algum ponto o DNA egoísta adquiriuprotetor para seu transporte de uma bactéria a outra de moa travessia em ambientes quimicamente hostis.



Importância Evolutiva dos VírusAo longo das duas últimas décadas, novos dados acumulados pebiólogos investigar a questão das origens evolutivas dos víruorigens da vida na terra, em termos científicos.

Diversas linhas de pesquisa recente mudaram radicalmentreducionista e promoveram os vírus a uma posição central

evolução

Progresso significativo veio graças a genômica, biologia esdescoberta de vírus não usuais.



Desafios do estudo da evolução dos vírusTalves o problema mais desafiador em estudar com profundidaddos vírus é a rápida evolução e alta taxa de mutação da maiovirais (especialmente vírus de RNA)

Isto torna dificil a unificação de familias virais especialmentese análise filogenética baseada em sequências.

Proteínas homólogas normalmente divergem tanto, em nível dcom o passar de um longo tempo evolutivo, que se tornam irrNestes casos, buscas por homologia baseadas em sequênciade alinhamento têm desempenho muito pobre.



Contribuições: Biologia Estrutural e BioinfO empacotamento tridimensional de correntes laterais dos amnúcleos de domínios estruturais proteicos, mantêm seus arranjoperíodos evolutivos.

Como proteínas homólogas normalmente conservam suastridimensionais e propriedades bioquimicas, elas ainda

reconhecidas a nível estrutural e funcional.

Empiricamente, foi mostrado como estruturas de proteínmenos 3 a 10 vezes mais conservadas que sequências!



Em trabalho recente, foram analisados 5080 proteomas co

sequênciados de células (Archaea, Bacteria, Eukarya) e víratribuidos domínios FSF (fold superfamilies) a suas proteínas.

Aplicando genômica comparada e estratégias de filogenôidentificadas 442 protein folds compartilhadas entre células e ví

são únicos aos vírus!

Estas 66 FSF específicas dos vírus incluem domínios enpatogenicidade viral como ligação ao DNA do hospedeiro emunipulação do sistema imune do hospedeiro, e encapsulaçãoviral com proteínas de capsídeo



LUCA e outros modelos de vida

A hipótese mais cautelosa inferida dos dados proteômicos sugoriginaram-se de múltiplas células arcaicas que coexistiram com das células modernas.

Isto implica a existência de linhagens celulares antigas comuns

vírus anteriormente ao aparecimento do "last universal cellu(LUCA) que deu origem às células modernas.



‘Hallmark genes’ viraisPesquisadores da genômica têm identificado series de "hallmarkque são compartilhados por muitos grupos diversos de vírus, mtodos. Estes genes possuem homólogos distantes em organismo

Forterre (Forterre 2002; Forterre & Gribaldo 2007) especuloproteínas específicas de vírus foram ou diretamente inventadas e

mundo viral, ou recrutadas por linhagens celulares antigas qparalelas a LUCA, mas que estão agora extintas.



Exemplos de Hallmark genes e o ‘Self ’ vira● Proteína de capsídeo jelly-roll;● Genes de replicação de DNA e de empacotamento.

Dennis Bamford (2003) formulou a hipótese de que a estrutura da maquinaria de empacotamento genômico são o "self" do vírfielmente herdado do ancestral viral. E outros traços do

recognição e multiplicação em um dado hospedeiro necessitaespecífica, e proteínas envolvidas nesta tarefa tendem a sehorizontalmente, tipicamente do hospedeiro ou de outros vírus mesmo hospedeiro.



Evolução vertical em vírusA ideia é de que estes genes constituintes do "self" viral, p

identificação de traços de evolução vertical entre alguns grupos d

E os genes que pertencem a parte "non-self" do genoma viral nãorelações arcaicas. Esta hipótese se encaixa bem com a cgenômica de genes virais e as ideias de Forterre sobre evolução v



Importância dos vírus para evolução da céluAlém da corrida armamentista entre vírus e células ser vista

biólogos como a principal força dirigente da evolução, a gefornecido cada vez mais evidencias de fluxo gênico de fagos pacelular (McGeoch & Bell 2005).

Grandes vírus elaboram complexas estruturas na célula hospede

um fábria viral intracelular que de alguma forma de assemelha celular (Suzan-Monti et al. 2007).

Isto levou a especulação que o núcleo eucarioto talvez seja uviral! (Claverie 2006).



Mimivírus: quarto domínio ou simplesmentEm contraste com outros vírus, o mimivírus codifica algum

envolvidas na síntese proteica que pertencem ao conjuntuniversais conservados na vida celular.

Quando essas proteínas são concatenadas para uma análise filmimivírus se tornam um quarto ramo na Árvore Universal da Vi

perto à divisão Eucariota

Porém análises por outros grupos discordam fortemente sugerindo que o mimivírus adquiriu muitos desses genes por THseu hospedeiro natural, a ameba. (Moreira & Brochier-Armanet 2008)



Vírus na biosferaEstudos metagenômicos em massa têm demonstrado como

entidades biológicas mais comuns na Terra (Edwards and RSuttle, 2005, 2007).

Sequências genéticas de mamíferos derivadas de elementos mendógenos representam pelo menos 50% do genoma, quando

fração pode chegar a 90%!

A diversidade genética dos vírus excede substancialmente a davida celulares



Duas principais categorias de organização bVírus, com sua distinta estratégia de vida, o parasitismo infor

verdade dominaram, dominam e provavelmente continuarão biosfera tanto físicamente quanto genéticamente, e representduas principais formas de vida que é tão intrinseca a históriaquanto são as células.

Seu meio de evolução são distintos do regime evolutivo de animos objetos tradicionais da biologia evolutiva:

De um lado, parasitas informacionais, de outro, organismos gauto-sustentados



Conclusão:● Vírus (e outros elementos móveis relacionados) e células

principais categorias de organização biológica;(RaoultandForterre,2008;Koonin, 2010; O’Ma

● Apesar de diferentes origens evolutivas, são conectadastransferência gênica nos dois sentidos, e suas interação condutor da evolução para ambos impérios biológicos;

● A unidade de esquemas tipo árvore da evolução é um gene inão um genoma, e a Árvore da Vida, pode ser considerada apuma tendência estatística em meio a floresta de árvores gené

(Koonin and Wolf, 2009b).

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