Inligting

Seleksie van virussterftes

Seleksie van virussterftes


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hierdie vraag hou verband met die onlangse Wuhan-uitbraak. Tans is die sterftesyfer vir die virus iewers rondom 2-3%. Dit is baie laer as sê SAID (9,5%) en MERS (34,5%).

As 'n gedagte-eksperiment is die hoofoorsaak van dood van bogenoemde virusse geneig om longontsteking (direk en sekondêr) te wees. As longontsteking tot 'n hoër infeksiekoers lei, sou so 'n virus dan (indirek) mettertyd baie dodeliker word?

Kies virusse soos die koronavirus self vir hoër sterftesyfers, bv. deur tot longontsteking te lei en dus meer slym en hoes veroorsaak?

Verwant aan bogenoemde, hoe vinnig kan sulke mutasies ontstaan?

Bronne sal opreg waardeer word!


Virus Mortaliteit Seleksie - Biologie

Alle artikels wat deur MDPI gepubliseer word, word onmiddellik wêreldwyd beskikbaar gestel onder 'n ooptoeganglisensie. Geen spesiale toestemming word vereis om die hele of 'n gedeelte van die artikel wat deur MDPI gepubliseer is, te hergebruik nie, insluitend syfers en tabelle. Vir artikels wat onder 'n ooptoegang Creative Common CC BY-lisensie gepubliseer is, mag enige deel van die artikel sonder toestemming hergebruik word, mits die oorspronklike artikel duidelik aangehaal word.

Feature Papers verteenwoordig die mees gevorderde navorsing met 'n groot potensiaal vir 'n groot impak in die veld. Speelvraestelle word op individuele uitnodiging of aanbeveling deur die wetenskaplike redakteurs ingedien en ondergaan ewekniebeoordeling voor publikasie.

Die artikel kan óf 'n oorspronklike navorsingsartikel wees, 'n aansienlike nuwe navorsingsstudie wat dikwels verskeie tegnieke of benaderings behels, óf 'n omvattende oorsigstuk met bondige en presiese opdaterings oor die nuutste vordering op die gebied wat stelselmatig die opwindendste vooruitgang in wetenskaplike stelsels ondersoek. literatuur. Hierdie tipe papier bied 'n vooruitsig op toekomstige navorsingsrigtings of moontlike toepassings.

Editor's Choice-artikels is gebaseer op aanbevelings deur die wetenskaplike redakteurs van MDPI-tydskrifte van regoor die wêreld. Redakteurs kies 'n klein aantal artikels wat onlangs in die tydskrif gepubliseer is, wat volgens hulle besonder interessant sal wees vir skrywers, of belangrik is op hierdie gebied. Die doel is om 'n momentopname te verskaf van van die opwindendste werk wat in die verskillende navorsingsareas van die joernaal gepubliseer is.


Inhoud

Die naam "coronavirus" is afgelei van Latyn korona, wat "kroon" of "krans" beteken, self 'n ontlening uit Grieks κορώνη korṓnē, "krans, krans". [9] [10] Die naam is geskep deur June Almeida en David Tyrrell wat eerste menslike koronavirusse waargeneem en bestudeer het. [11] Die woord is die eerste keer in 1968 in druk gebruik deur 'n informele groep viroloë in die joernaal Natuur om die nuwe familie van virusse aan te wys. [8] Die naam verwys na die kenmerkende voorkoms van virions (die aansteeklike vorm van die virus) deur elektronmikroskopie, wat 'n rand van groot, bolvormige oppervlakprojeksies het wat 'n beeld skep wat aan die sonkorona of stralekrans herinner. [8] [11] Hierdie morfologie word geskep deur die virale spike peplomers, wat proteïene op die oppervlak van die virus is. [12]

Die wetenskaplike naam Coronavirus is in 1971 deur die Internasionale Komitee vir die Nomenklatuur van Virusse (later herdoop Internasionale Komitee vir Taksonomie van Virusse) as 'n genusnaam aanvaar. [13] Soos die aantal nuwe spesies toegeneem het, is die genus in vier genera verdeel, nl. Alfa-koronavirus, Betacoronavirus, Deltakoronavirus, en Gammacoronavirus in 2009. [14] Die algemene naam koronavirus word gebruik om na enige lid van die subfamilie te verwys Orthocoronavirinae. [5] Vanaf 2020 word 45 spesies amptelik erken. [15]

Die vroegste verslae van 'n koronavirusinfeksie by diere het in die laat 1920's plaasgevind toe 'n akute respiratoriese infeksie van mak hoenders in Noord-Amerika voorgekom het. [16] Arthur Schalk en M.C. Hawn het in 1931 die eerste gedetailleerde verslag gemaak wat 'n nuwe respiratoriese infeksie van hoenders in Noord-Dakota beskryf het. Die infeksie van pasgebore kuikens is gekenmerk deur hyg en lusteloosheid met hoë sterftesyfers van 40–90%. [17] Leland David Bushnell en Carl Alfred Brandly het die virus wat die infeksie veroorsaak het, in 1933 geïsoleer. [18] Die virus was toe bekend as aansteeklike brongitisvirus (IBV). Charles D. Hudson en Fred Robert Beaudette het die virus vir die eerste keer in 1937 gekweek. [19] Die monster het bekend gestaan ​​as die Beaudette-stam. In die laat 1940's is nog twee dierekoronavirusse ontdek, JHM wat breinsiekte (muriene enkefalitis) en muishepatitisvirus (MHV) wat hepatitis by muise veroorsaak, veroorsaak. [20] Daar is nie destyds besef dat hierdie drie verskillende virusse verwant was nie. [21] [13]

Menslike koronavirusse is in die 1960's ontdek [22] [23] met behulp van twee verskillende metodes in die Verenigde Koninkryk en die Verenigde State. [24] EC Kendall, Malcolm Bynoe en David Tyrrell wat by die Common Cold Unit van die British Medical Research Council werk, het 'n unieke gewone verkouevirus genaamd B814 in 1961 versamel. [25] [26] [27] Die virus kon nie gekweek word nie. gebruik van standaardtegnieke wat rinovirusse, adenovirusse en ander bekende verkouevirusse suksesvol gekweek het. In 1965 het Tyrrell en Bynoe die nuwe virus suksesvol gekweek deur dit serieel deur orgaankultuur van menslike embrioniese tragea te stuur. [28] Die nuwe kweekmetode is deur Bertil Hoorn aan die laboratorium bekendgestel. [29] Die geïsoleerde virus het, toe dit intranasaal in vrywilligers ingeënt is, 'n verkoue veroorsaak en is deur eter geïnaktiveer wat aangedui het dat dit 'n lipiedomhulsel het. [25] [30] Dorothy Hamre [31] en John Procknow aan die Universiteit van Chicago het 'n nuwe verkoue van mediese studente in 1962 geïsoleer. Hulle het die virus in nierweefselkultuur geïsoleer en gekweek en dit 229E genoem. Die nuwe virus het 'n verkoue by vrywilligers veroorsaak en is, soos B814, deur eter geïnaktiveer. [32]

Die Skotse viroloog June Almeida by die St. Thomas-hospitaal in Londen, wat met Tyrrell saamgewerk het, het die strukture van IBV, B814 en 229E in 1967 vergelyk. [33] [34] Met behulp van elektronmikroskopie is getoon dat die drie virusse morfologies verwant is deur hul algemene vorm. en kenmerkende klubagtige spykers. [35] 'n Navorsingsgroep by die Nasionale Instituut vir Gesondheid kon dieselfde jaar 'n ander lid van hierdie nuwe groep virusse isoleer deur orgaankultuur te gebruik en het een van die monsters OC43 (OC vir orgaankultuur) genoem. [36] Soos B814, 229E en IBV, het die nuwe koue virus OC43 kenmerkende klubagtige spykers gehad wanneer dit met die elektronmikroskoop waargeneem is. [37] [38]

Daar is gou getoon dat die IBV-agtige nuwe verkouevirusse ook morfologies verwant is aan die muishepatitisvirus. [20] Hierdie nuwe groep virusse is koronavirusse genoem na hul kenmerkende morfologiese voorkoms. [8] Menslike koronavirus 229E en menslike koronavirus OC43 is in die daaropvolgende dekades steeds bestudeer. [39] [40] Die koronavirusstam B814 was verlore. Dit is nie bekend watter huidige menslike koronavirus dit was nie. [41] Ander menslike koronavirusse is sedertdien geïdentifiseer, insluitend SARS-CoV in 2003, HCoV NL63 in 2003, HCoV HKU1 in 2004, MERS-CoV in 2013, en SARS-CoV-2 in 2019. [42] Daar was ook 'n groot aantal dierekoronavirusse wat sedert die 1960's geïdentifiseer is. [43]

Struktuur

Koronavirusse is groot, min of meer sferiese deeltjies met unieke oppervlakprojeksies. [44] Hulle grootte is hoogs veranderlik met gemiddelde diameters van 80 tot 120 nm. Uiterste groottes is bekend van 50 tot 200 nm in deursnee. [45] Die totale molekulêre massa is gemiddeld 40 000 kDa. Hulle is omhul in 'n koevert wat ingebed is met 'n aantal proteïenmolekules. [46] Die lipied-dubbellaagomhulsel, membraanproteïene en nukleokapsied beskerm die virus wanneer dit buite die gasheersel is. [47]

Die virale omhulsel bestaan ​​uit 'n lipied-dubbellaag waarin die membraan (M), omhulsel (E) en spyker (S) strukturele proteïene geanker is. [48] ​​Die molêre verhouding van E:S:M in die lipieddubbellaag is ongeveer 1:20:300. [49] Die E- en M-proteïen is die strukturele proteïene wat met die lipied-dubbellaag gekombineer het om die virale omhulsel te vorm en sy grootte te behou. [50] S-proteïene is nodig vir interaksie met die gasheerselle. Maar menslike koronavirus NL63 is eienaardig deurdat sy M-proteïen die bindingsplek vir die gasheersel het, en nie sy S-proteïen nie. [51] Die deursnee van die koevert is 85 nm. Die omhulsel van die virus in elektronmikrograwe verskyn as 'n duidelike paar elektrondigte skulpe (skulpe wat relatief ondeursigtig is vir die elektronstraal wat gebruik word om die virusdeeltjie te skandeer). [52] [50]

Die M-proteïen is die belangrikste strukturele proteïen van die omhulsel wat die algehele vorm verskaf en is 'n tipe III membraanproteïen. Dit bestaan ​​uit 218 tot 263 aminosuurreste en vorm 'n laag van 7,8 nm dik. [46] Dit het drie domeine, 'n kort N-terminale ektodomein, 'n drievoudige-spannende transmembraandomein en 'n C-terminale endodomein. Die C-terminale domein vorm 'n matriksagtige rooster wat bydra tot die ekstra dikte van die koevert. Verskillende spesies kan óf hê N- of O-gekoppelde glikane in hul proteïen amino-terminale domein. Die M-proteïen is van kardinale belang tydens die samestelling, bot, omhulselvorming en patogenese stadiums van die viruslewensiklus. [53]

Die E-proteïene is klein strukturele proteïene en hoogs veranderlik in verskillende spesies. [45] Daar is net sowat 20 kopieë van die E-proteïenmolekule in 'n koronaviruspartikel. [49] Hulle is 8,4 tot 12 kDa groot en bestaan ​​uit 76 tot 109 aminosure. [45] Hulle is integrale proteïene (d.w.s. ingebed in die lipiedlaag) en het twee domeine naamlik 'n transmembraandomein en 'n ekstramembraan C-terminale domein. Hulle is amper ten volle α-heliks, met 'n enkele α-helikale transmembraandomein, en vorm pentameriese (vyf-molekulêre) ioonkanale in die lipieddubbellaag. Hulle is verantwoordelik vir virionsamestelling, intrasellulêre handel en morfogenese (bot). [46]

Die spykers is die mees kenmerkende kenmerk van koronavirusse en is verantwoordelik vir die korona- of haloagtige oppervlak. 'n Koronaviruspartikel het gemiddeld 74 oppervlakspykers. [54] Elke aar is ongeveer 20 nm lank en is saamgestel uit 'n trimeer van die S-proteïen. Die S-proteïen is op sy beurt saamgestel uit 'n S1- en S2-subeenheid. Die homotrimeriese S-proteïen is 'n klas I-fusieproteïen wat die reseptorbinding en membraansamesmelting tussen die virus en gasheersel bemiddel. Die S1 subeenheid vorm die kop van die piek en het die reseptor-bindende domein (RBD). Die S2-subeenheid vorm die stam wat die piek in die virale omhulsel anker en op protease-aktivering samesmelting moontlik maak. Die twee subeenhede bly nie-kovalent gekoppel soos hulle op die virale oppervlak blootgestel word totdat hulle aan die gasheerselmembraan heg. [46] In 'n funksioneel aktiewe toestand is drie S1 aan twee S2 subeenhede geheg. Die subeenheidkompleks word in individuele subeenhede verdeel wanneer die virus met die gasheersel bind en saamsmelt onder die werking van proteases soos katepsienfamilie en transmembraanprotease-serien 2 (TMPRSS2) van die gasheersel. [55]

S1-proteïene is die mees kritieke komponente in terme van infeksie. Hulle is ook die mees veranderlike komponente aangesien hulle verantwoordelik is vir gasheersel-spesifisiteit. Hulle besit twee hoofdomeine genaamd N-terminale domein (S1-NTD) en C-terminale domein (S1-CTD), wat albei dien as die reseptor-bindende domeine. Die NTD's herken en bind suikers op die oppervlak van die gasheersel. 'n Uitsondering is die MHV NTD wat aan 'n proteïenreseptor karsino-embrioniese antigeenverwante seladhesiemolekule 1 (CEACAM1) bind. S1-CTD's is verantwoordelik vir die herkenning van verskillende proteïenreseptore soos angiotensien-omskakelende ensiem 2 (ACE2), aminopeptidase N (APN) en dipeptidiel peptidase 4 (DPP4). [46]

'n Subset van koronavirusse (spesifiek die lede van betacoronavirus-subgroep A) het ook 'n korter aaragtige oppervlakproteïen genaamd hemagglutinien-esterase (HE). [43] Die HE-proteïene kom voor as homodimere wat uit ongeveer 400 aminosuurreste saamgestel is en is 40 tot 50 kDa groot. Hulle verskyn as klein oppervlakprojeksies van 5 tot 7 nm lank wat tussen die spykers ingebed is. Hulle help met die aanhegting aan en losmaak van die gasheersel. [56]

Binne die omhulsel is daar die nukleokapsied, wat gevorm word uit veelvuldige kopieë van die nukleokapsied (N) proteïen, wat gebind is aan die positiewe-sin enkelstrengige RNA genoom in 'n aaneenlopende krale-op-'n-string tipe konformasie. [50] [57] N-proteïen is 'n fosfoproteïen van 43 tot 50 kDa groot, en word in drie bewaarde domeine verdeel. Die meerderheid van die proteïen bestaan ​​uit domeine 1 en 2, wat tipies ryk is aan arginiene en lisiene. Domein 3 het 'n kort karboksie-terminale einde en het 'n netto negatiewe lading as gevolg van oormaat suur oor basiese aminosuurreste. [45]

Genoom

Koronavirusse bevat 'n positiewe sin, enkelstrengige RNA-genoom. Die genoomgrootte vir koronavirusse wissel van 26,4 tot 31,7 kilobasisse. [7] Die genoomgrootte is een van die grootste onder RNA-virusse. Die genoom het 'n 5'-gemetileerde dop en 'n 3'-poli-geadenileerde stert. [50]

Die genoomorganisasie vir 'n koronavirus is 5'-leier-UTR-replikase (ORF1ab)-punt (S)-omhulsel (E)-membraan (M)-nukleokapsied (N)-3'UTR-poly (A) stert. Die oop leesrame 1a en 1b, wat die eerste twee derdes van die genoom beslaan, kodeer die replikase poliproteïen (pp1ab). Die replikase-poliproteïen klief self om 16 nie-strukturele proteïene (nsp1–nsp16) te vorm. [50]

Die latere leesrame kodeer die vier belangrikste strukturele proteïene: piek, omhulsel, membraan en nukleokapsied. [58] Tussen hierdie leesrame is die leesrame vir die bykomstige proteïene. Die aantal bykomstige proteïene en hul funksie is uniek, afhangende van die spesifieke koronavirus. [50]

Replikasiesiklus

Selinskrywing

Infeksie begin wanneer die virale spykerproteïen aan sy komplementêre gasheerselreseptor heg. Na aanhegting klief 'n protease van die gasheersel en aktiveer die reseptor-gehegte piekproteïen. Afhangende van die gasheerselprotease wat beskikbaar is, laat splitsing en aktivering die virus die gasheersel binnedring deur endositose of direkte samesmelting van die virale omhulsel met die gasheermembraan. [59]

Genoom vertaling

Wanneer die gasheersel binnedring, is die virusdeeltjie onbedek en sy genoom gaan die sel sitoplasma binne. Die koronavirus-RNA-genoom het 'n 5′-gemetileerde dop en 'n 3′-poliadenyleerde stert, wat dit moontlik maak om soos 'n boodskapper-RNA op te tree en direk deur die gasheersel se ribosome vertaal te word. Die gasheerribosome vertaal die aanvanklike oorvleuelende oop leesrame ORF1a en ORF1b van die virusgenoom in twee groot oorvleuelende poliproteïene, pp1a en pp1ab. [50]

Die groter poliproteïen pp1ab is 'n gevolg van 'n -1 ribosomale raamverskuiwing wat veroorsaak word deur 'n gladde volgorde (UUUAAAC) en 'n stroomaf RNA pseudoknot aan die einde van oop leesraam ORF1a. [60] Die ribosomale raamverskuiwing maak voorsiening vir die deurlopende translasie van ORF1a gevolg deur ORF1b. [50]

Die poliproteïene het hul eie proteases, PLpro (nsp3) en 3CLpro (nsp5), wat die poliproteïene op verskillende spesifieke plekke klief. Die splitsing van poliproteïen pp1ab lewer 16 niestrukturele proteïene (nsp1 tot nsp16). Produkproteïene sluit verskeie replikasieproteïene in soos RNA-afhanklike RNA-polimerase (nsp12), RNA-helikase (nsp13) en eksoribonuklease (nsp14). [50]

Replikase-transkripsie

'n Aantal van die nie-strukturele proteïene saamsmelt om 'n multi-proteïen replikase-transkriptase kompleks te vorm. Die hoof replikase-transkriptase-proteïen is die RNA-afhanklike RNA-polimerase (RdRp). Dit is direk betrokke by die replikasie en transkripsie van RNA vanaf 'n RNA-string. Die ander niestrukturele proteïene in die kompleks help met die replikasie- en transkripsieproses. Die eksoribonuklease niestrukturele proteïen verskaf byvoorbeeld ekstra getrouheid aan replikasie deur 'n proefleesfunksie te verskaf wat die RNA-afhanklike RNA-polimerase ontbreek. [61]

Replikasie – Een van die hooffunksies van die kompleks is om die virale genoom te repliseer. RdRp bemiddel direk die sintese van negatiewe-sin genomiese RNA vanaf die positiewe-sin genomiese RNA. Dit word gevolg deur die replikasie van positiewe-sin genomiese RNA vanaf die negatiewe-sin genomiese RNA. [50]

Transkripsie – Die ander belangrike funksie van die kompleks is om die virale genoom te transkribeer. RdRp bemiddel direk die sintese van negatiewe-sin subgenomiese RNA-molekules vanaf die positiewe-sin genomiese RNA. Hierdie proses word gevolg deur die transkripsie van hierdie negatiewe-sin subgenomiese RNA-molekules na hul ooreenstemmende positiewe-sin mRNA's. [50] Die subgenomiese mRNA's vorm 'n "geneste stel" wat 'n gemeenskaplike 5'-kop en gedeeltelik duplikaat 3'-punt het. [62]

Rekombinasie – Die replikase-transkriptase-kompleks is ook in staat tot genetiese rekombinasie wanneer ten minste twee virale genome in dieselfde geïnfekteerde sel teenwoordig is. [62] RNA-rekombinasie blyk 'n groot dryfkrag te wees in die bepaling van genetiese veranderlikheid binne 'n koronavirusspesie, die vermoë van 'n koronavirusspesie om van een gasheer na 'n ander te spring en, selde, om die opkoms van nuwe koronavirusse te bepaal. [63] Die presiese meganisme van rekombinasie in koronavirusse is onduidelik, maar behels waarskynlik sjabloonwisseling tydens genoomreplikasie. [63]

Vergadering en loslating

Die gerepliseerde positiewe-sin genomiese RNA word die genoom van die nageslagvirusse. Die mRNA's is geentranskripsies van die laaste derde van die virusgenoom na die aanvanklike oorvleuelende leesraam. Hierdie mRNA's word deur die gasheer se ribosome in die strukturele proteïene en baie bykomstige proteïene vertaal. [50] RNS-translasie vind binne die endoplasmiese retikulum plaas. Die virale strukturele proteïene S, E en M beweeg langs die sekretoriese pad na die Golgi-tussenkompartement. Daar rig die M-proteïene die meeste proteïen-proteïen-interaksies wat nodig is vir die samestelling van virusse na die binding daarvan aan die nukleokapsied. Nageslagvirusse word dan uit die gasheersel vrygestel deur eksositose deur sekretoriese vesikels. Sodra die virusse vrygestel is, kan ander gasheerselle besmet. [64]

Oordrag

Besmette draers is in staat om virusse in die omgewing te gooi.Die interaksie van die koronaviruspikproteïen met sy komplementêre selreseptor is sentraal in die bepaling van die weefseltropisme, aansteeklikheid en spesiereeks van die vrygestelde virus. [65] [66] Koronavirusse teiken hoofsaaklik epiteelselle. [43] Hulle word van een gasheer na 'n ander gasheer oorgedra, afhangende van die koronavirusspesie, deur óf 'n aërosol, fomiet of fekale-orale roete. [67]

Menslike koronavirusse infekteer die epiteelselle van die respiratoriese kanaal, terwyl dierekoronavirusse oor die algemeen die epiteelselle van die spysverteringskanaal besmet. [43] SARS-koronavirus besmet byvoorbeeld die menslike epiteelselle van die longe via 'n aërosolroete [68] deur te bind aan die angiotensien-omskakelende ensiem 2 (ACE2) reseptor. [69] Oordraagbare gastro-enteritis-koronavirus (TGEV) infekteer die varkepiteelselle van die spysverteringskanaal via 'n fekale-orale roete [67] deur aan die alanien-aminopeptidase (APN)-reseptor te bind. [50]

Koronavirusse vorm die subfamilie Orthocoronavirinae, [3] [4] [5] wat een van twee subfamilies in die familie is Coronaviridae, orde Nidovirales, en ryk Riboviria. [43] [70] Hulle word in die vier genera verdeel: Alfa-koronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus en Deltakoronavirus. Alfakoronavirusse en betacoronavirusse infekteer soogdiere, terwyl gammakoronavirusse en deltakoronavirusse hoofsaaklik voëls infekteer. [71] [72]

  • Genus: Alfa-koronavirus [67]
    • Spesies: Alfa-koronavirus 1 (TGEV, Feline coronavirus, Honde-koronavirus), Menslike koronavirus 229E, Menslike koronavirus NL63, Miniopterus vlermuis koronavirus 1, Miniopterus vlermuis koronavirus HKU8, Vark epidemiese diarree virus, Rhinolophus vlermuis koronavirus HKU2, Scotophilus vlermuis koronavirus 512
    • Spesies: Betacoronavirus 1 (Bees Coronavirus, Menslike koronavirus OC43), Krimpvarkie koronavirus 1,Menslike koronavirus HKU1, Midde-Ooste respiratoriese sindroom-verwante koronavirus,Murien koronavirus, Pipistrellus vlermuis koronavirus HKU5, Rousettus vlermuis koronavirus HKU9, Ernstige akute respiratoriese sindroom-verwante koronavirus (SARS-CoV, EARS-CoV-2), Tylonycteris vlermuis koronavirus HKU4
    • Spesies: Aviaire koronavirus,Beluga walvis koronavirus SW1
    • Spesies: Bulbul koronavirus HKU11, Varkkoronavirus HKU15

    Die mees onlangse gemeenskaplike voorouer (MRCA) van alle koronavirusse het na raming so onlangs as 8000 vC bestaan, hoewel sommige modelle die gemeenskaplike voorouer so ver terug as 55 miljoen jaar of meer plaas, wat langtermyn-samevolusie met vlermuis- en voëlspesies impliseer. [73] Die mees onlangse algemene voorouer van die alfakoronavirus-lyn is op ongeveer 2400 vC geplaas, van die betacoronavirus-lyn teen 3300 vC, van die gammakoronavirus-lyn teen 2800 vC, en die deltakoronavirus-lyn op ongeveer 3000 vC. Vlermuise en voëls, as warmbloedige vlieënde gewerwelde diere, is 'n ideale natuurlike reservoir vir die koronavirus-genepoel (met vlermuise die reservoir vir alfakoronavirusse en betacoronavirus - en voëls die reservoir vir gammakoronavirusse en deltakoronavirusse). Die groot aantal en wêreldwye reeks vlermuis- en voëlspesies wat virusse huisves, het uitgebreide evolusie en verspreiding van koronavirusse moontlik gemaak. [74]

    Baie menslike koronavirusse het hul oorsprong in vlermuise. [75] Die menslike koronavirus NL63 het 'n gemeenskaplike voorouer gedeel met 'n vlermuis-koronavirus (ARCoV.2) tussen 1190 en 1449 nC. [76] Die menslike koronavirus 229E het 'n gemeenskaplike voorouer gedeel met 'n vlermuis-koronavirus (GhanaGrp1 Bt CoV) tussen 1686 en 1800 nC. [77] Meer onlangs het alpakka-koronavirus en menslike koronavirus 229E iewers voor 1960 uiteengespring. [78] MERS-CoV het by mense ontstaan ​​vanaf vlermuise deur die tussengasheer van kamele. [79] MERS-CoV, alhoewel verwant aan verskeie vlermuis-koronavirusspesies, blyk dat dit etlike eeue gelede hiervan afgewyk het. [80] Die naaste verwante vlermuis-koronavirus en SARS-CoV het in 1986 verskil. [81] Die voorouers van SARS-CoV het die eerste blaarneusvlermuise van die genus besmet Hipposideridae daarna het hulle versprei na hoefystervlermuise in die spesie Rhinolophidae, dan na Asiatiese palm-civets, en uiteindelik na mense. [82] [83]

    Anders as ander betacoronavirusse, bees-koronavirus van die spesie Betacoronavirus 1 en subgenus Embecovirus word vermoedelik in knaagdiere ontstaan ​​en nie in vlermuise nie. [75] [84] In die 1790's het perde-koronavirus van die bees-koronavirus afgewyk na 'n kruis-spesie-sprong. [85] Later in die 1890's het menslike koronavirus OC43 afgewyk van bees-koronavirus na nog 'n kruis-spesie-oorvloei-gebeurtenis. [86] [85] Daar word bespiegel dat die grieppandemie van 1890 moontlik deur hierdie oorvloei-gebeurtenis veroorsaak is, en nie deur die griepvirus nie, vanweë die verwante tydsberekening, neurologiese simptome en onbekende veroorsakende middel van die pandemie. [87] Behalwe dat dit respiratoriese infeksies veroorsaak, word menslike koronavirus OC43 ook daarvan verdink dat dit 'n rol speel in neurologiese siektes. [88] In die 1950's het die menslike koronavirus OC43 in sy huidige genotipes begin divergeer. [89] Filogeneties, muis hepatitis virus (Murien koronavirus), wat die muis se lewer en sentrale senuweestelsel infekteer, [90] is verwant aan menslike koronavirus OC43 en beeskoronavirus. Menslike koronavirus HKU1, soos die voorgenoemde virusse, het ook sy oorsprong in knaagdiere. [75]

    Koronavirusse verskil aansienlik in risikofaktore. Sommige kan meer as 30% van diegene wat besmet is doodmaak, soos MERS-CoV, en sommige is relatief onskadelik, soos gewone verkoue. [50] Koronavirusse kan verkoue veroorsaak met groot simptome, soos koors, en 'n seer keel van geswelde adenoïede. [91] Koronavirusse kan longontsteking (óf direkte virale longontsteking óf sekondêre bakteriële longontsteking) en brongitis (óf direkte virale brongitis óf sekondêre bakteriële brongitis) veroorsaak. [92] Die menslike koronavirus wat in 2003 ontdek is, SARS-CoV, wat ernstige akute respiratoriese sindroom (SARS) veroorsaak, het 'n unieke patogenese omdat dit beide boonste en onderste lugweginfeksies veroorsaak. [92]

    Ses spesies menslike koronavirusse is bekend, met een spesie wat in twee verskillende stamme onderverdeel is, wat altesaam sewe stamme van menslike koronavirusse maak.

    Vier menslike koronavirusse produseer simptome wat oor die algemeen lig is, alhoewel daar aangevoer word dat hulle in die verlede meer aggressief kon gewees het: [93]

    Drie menslike koronavirusse produseer potensieel ernstige simptome:

    Dit veroorsaak die siektes wat gewoonlik onderskeidelik SARS, MERS en COVID-19 genoem word.

    Verkoue

    Alhoewel die gewone verkoue gewoonlik deur rhinovirusse veroorsaak word, [94] is die oorsaak in ongeveer 15% van gevalle 'n koronavirus. [95] Die menslike koronavirusse HCoV-OC43, HCoV-HKU1, HCoV-229E en HCoV-NL63 sirkuleer voortdurend in die menslike bevolking by volwassenes en kinders wêreldwyd en produseer die algemeen ligte simptome van verkoue. [96] Die vier ligte koronavirusse het 'n seisoenale voorkoms wat in die wintermaande in gematigde klimate voorkom. [97] [98] Daar is geen oorheersing in enige seisoen in tropiese klimate nie. [99]

    Ernstige akute respiratoriese sindroom (SARS)

    Kenmerke van soönotiese koronavirusstamme
    MERS-CoV, SARS-CoV, SARS-CoV-2,
    en verwante siektes
    MERS-CoV SARS-CoV EARS-CoV-2
    Siekte MERS SARS COVID-19
    Uitbrake 2012, 2015,
    2018
    2002–2004 2019–2021
    pandemie
    Epidemiologie
    Datum van eerste
    geïdentifiseerde geval
    Junie
    2012
    November
    2002
    Desember
    2019 [100]
    Ligging van eerste
    geïdentifiseerde geval
    Jeddah,
    Saoedi-Arabië
    Shunde,
    Sjina
    Wuhan,
    Sjina
    Ouderdom gemiddelde 56 44 [101] [a] 56 [102]
    Geslagsverhouding (M:V) 3.3:1 0.8:1 [103] 1.6:1 [102]
    Bevestigde gevalle 2494 8096 [104] 180 948 026 [105] [b]
    Sterftes 858 774 [104] 3 919 969 [105] [b]
    Geval sterftesyfer 37% 9.2% 2.2% [105]
    Simptome
    Koors 98% 99–100% 87.9% [106]
    Droë hoes 47% 29–75% 67.7% [106]
    Dyspnee 72% 40–42% 18.6% [106]
    Diarree 26% 20–25% 3.7% [106]
    Keelpyn 21% 13–25% 13.9% [106]
    Ventilatoriese gebruik 24.5% [107] 14–20% 4.1% [108]
    Notas

    In 2003, na die uitbreek van ernstige akute respiratoriese sindroom (SAID) wat die vorige jaar in Asië begin het, en sekondêre gevalle elders in die wêreld, het die Wêreldgesondheidsorganisasie (WGO) 'n persverklaring uitgereik waarin gesê word dat 'n nuwe koronavirus geïdentifiseer is deur verskeie laboratoriums was die veroorsakende middel vir die SAID. Die virus is amptelik die SARS-koronavirus (SARS-CoV) genoem. Meer as 8 000 mense uit 29 verskillende lande en gebiede is besmet, en minstens 774 is dood. [109] [69]

    Midde-Ooste respiratoriese sindroom (MERS)

    In September 2012 is 'n nuwe tipe koronavirus geïdentifiseer, aanvanklik Novel Coronavirus 2012 genoem, en nou amptelik die Midde-Ooste respiratoriese sindroom-koronavirus (MERS-CoV) genoem. [110] [111] Die Wêreldgesondheidsorganisasie het kort daarna 'n wêreldwye waarskuwing uitgereik. [112] Die WGO-opdatering op 28 September 2012 het gesê dat die virus blykbaar nie maklik van persoon tot persoon oorgedra word nie. [113] Op 12 Mei 2013 is 'n geval van mens-tot-mens-oordrag in Frankryk egter deur die Franse Ministerie van Maatskaplike Sake en Gesondheid bevestig. [114] Daarbenewens is gevalle van mens-tot-mens-oordrag deur die Ministerie van Gesondheid in Tunisië aangemeld. Twee bevestigde gevalle behels mense wat blykbaar die siekte opgedoen het van hul oorlede pa, wat siek geword het ná 'n besoek aan Katar en Saoedi-Arabië. Ten spyte hiervan, blyk dit dat die virus probleme ondervind het om van mens na mens te versprei, aangesien die meeste individue wat besmet is nie die virus oordra nie. [115] Teen 30 Oktober 2013 was daar 124 gevalle en 52 sterftes in Saoedi-Arabië. [116]

    Nadat die Nederlandse Erasmus Mediese Sentrum die virus opgevolg het, het die virus 'n nuwe naam gekry, Human Coronavirus—Erasmus Medical Centre (HCoV-EMC). Die finale naam vir die virus is Midde-Ooste respiratoriese sindroom koronavirus (MERS-CoV). Die enigste Amerikaanse gevalle (albei het oorleef) is in Mei 2014 aangeteken. [117]

    In Mei 2015 het 'n uitbreking van MERS-CoV in die Republiek van Korea plaasgevind toe 'n man wat na die Midde-Ooste gereis het, vier hospitale in die Seoel-omgewing besoek het om sy siekte te behandel. Dit het een van die grootste uitbrake van MERS-CoV buite die Midde-Ooste veroorsaak. [118] Vanaf Desember 2019 is 2 468 gevalle van MERS-CoV-infeksie deur laboratoriumtoetse bevestig, waarvan 851 dodelik was, 'n sterftesyfer van ongeveer 34,5%. [119]

    Koronavirussiekte 2019 (COVID-19)

    In Desember 2019 is 'n longontsteking-uitbraak in Wuhan, China, aangemeld. [120] Op 31 Desember 2019 is die uitbraak opgespoor na 'n nuwe stam van koronavirus, [121] wat die tussentydse naam 2019-nCoV deur die Wêreldgesondheidsorganisasie (WGO) gegee is, [122] [123] [124] later herdoop tot SARS-CoV-2 deur die Internasionale Komitee vir Taksonomie van Virusse.

    Vanaf 27 Junie 2021 was daar ten minste 3 919 969 [105] bevestigde sterftes en meer as 180 948 026 [105] bevestigde gevalle in die COVID-19-pandemie. Die Wuhan-stam is geïdentifiseer as 'n nuwe stam van Betacoronavirus uit groep 2B met ongeveer 70% genetiese ooreenkoms met die SARS-CoV. [125] Die virus het 'n 96% ooreenkoms met 'n vlermuis-koronavirus, so dit word algemeen vermoed dat dit ook van vlermuise afkomstig is. [126] [127]

    Coronavirus HuPn-2018

    Tydens 'n toesigstudie van geargiveerde monsters van Maleisiese virale longontstekingpasiënte, het viroloë 'n honde-koronavirusstam geïdentifiseer wat mense in 2018 besmet het.

    Sedert die 1930's word erken dat koronavirus patologiese toestande in veeartsenykunde veroorsaak. [20] Hulle besmet 'n reeks diere insluitend varke, beeste, perde, kamele, katte, honde, knaagdiere, voëls en vlermuise. [128] Die meerderheid van diereverwante koronavirusse infekteer die dermkanaal en word deur 'n fekale-orale roete oorgedra. [129] Beduidende navorsingspogings is daarop gefokus om die virale patogenese van hierdie diere-koronavirusse toe te lig, veral deur viroloë wat in veeartsenykundige en soönotiese siektes belangstel. [130]

    Plaasdiere

    Koronavirusse besmet mak voëls. [131] Aansteeklike brongitisvirus (IBV), 'n tipe koronavirus, veroorsaak voëlaansteeklike brongitis. [132] Die virus is kommerwekkend vir die pluimveebedryf vanweë die hoë mortaliteit as gevolg van infeksie, die vinnige verspreiding daarvan en die effek daarvan op produksie. [128] Die virus beïnvloed beide vleisproduksie en eierproduksie en veroorsaak aansienlike ekonomiese verlies. [133] By hoenders teiken aansteeklike brongitisvirus nie net die respiratoriese kanaal nie, maar ook die urogenitale kanaal. Die virus kan na verskillende organe deur die hoender versprei. [132] Die virus word deur aërosol en voedsel wat deur ontlasting besmet is, oorgedra. Verskillende entstowwe teen IBV bestaan ​​en het gehelp om die verspreiding van die virus en sy variante te beperk. [128] Aansteeklike brongitisvirus is een van 'n aantal stamme van die spesie Aviaire koronavirus. [134] Nog 'n stam van voëlkoronavirus is kalkoen-koronavirus (TCV) wat enteritis by kalkoene veroorsaak. [128]

    Koronavirusse raak ook ander vertakkings van veeteelt soos varkboerdery en die veeteelt. [128] Vark-akute diarree-sindroom-koronavirus (SADS-CoV), wat verwant is aan vlermuis-koronavirus HKU2, veroorsaak diarree by varke. [135] Vark-epidemie-diarreevirus (PEDV) is 'n koronavirus wat onlangs na vore gekom het en insgelyks diarree by varke veroorsaak. [136] Oordraagbare gastro-enteritisvirus (TGEV), wat 'n lid van die spesie is Alfa-koronavirus 1, [137] is nog 'n koronavirus wat diarree by jong varke veroorsaak. [138] [139] In die beesbedryf bees-koronavirus (BCV), wat 'n lid van die spesie is Betacoronavirus 1 en verwant aan HCoV-OC43, [140] is verantwoordelik vir ernstige oorvloedige enteritis by jong kalwers. [128]

    Huisdiere

    Coronaviruses besmet huisdiere soos katte, honde en frette. [131] Daar is twee vorme van kattekoronavirus wat albei lede van die spesie is Alfa-koronavirus 1. [137] Katte enteriese koronavirus is 'n patogeen van geringe kliniese betekenis, maar spontane mutasie van hierdie virus kan lei tot katte aansteeklike peritonitis (FIP), 'n siekte met hoë mortaliteit. [128] Daar is twee verskillende koronavirusse wat honde besmet. Honde-koronavirus (CCoV), wat 'n lid van die spesie is Alfa-koronavirus 1, [137] veroorsaak ligte gastroïntestinale siekte. [128] Honde-respiratoriese koronavirus (CRCoV), wat 'n lid van die spesie is Betacoronavirus 1 en verwant aan HCoV-OC43, [140] veroorsaak respiratoriese siekte. [128] Net so is daar twee tipes koronavirus wat frette besmet. [141] Ferret enteriese koronavirus veroorsaak 'n gastro-intestinale sindroom bekend as epizootiese katarrale enteritis (ECE), en 'n meer dodelike sistemiese weergawe van die virus (soos FIP in katte) bekend as fret sistemiese koronavirus (FSC). [142] [143]

    Laboratorium diere

    Koronavirusse besmet laboratoriumdiere. [128] Muishepatitisvirus (MHV), wat 'n lid van die spesie is Murien koronavirus, [144] veroorsaak 'n epidemiese muriensiekte met hoë mortaliteit, veral onder kolonies laboratoriummuise. [145] Voor die ontdekking van SARS-CoV, was MHV die koronavirus wat die beste bestudeer is, beide in vivo en in vitro sowel as op molekulêre vlak. Sommige stamme van MHV veroorsaak 'n progressiewe demyeliniserende enkefalitis in muise wat as 'n muriene model vir veelvuldige sklerose gebruik is. [130] Sialodacryoadenitis-virus (SDAV), wat 'n stam van die spesie is Murien koronavirus, [144] is hoogs aansteeklike koronavirus van laboratoriumrotte, wat deur direkte kontak en indirek deur aërosol tussen individue oorgedra kan word. Konyn enteriese koronavirus veroorsaak akute gastroïntestinale siekte en diarree by jong Europese hase. [128] Sterftesyfers is hoog. [146]

    'n Aantal entstowwe wat verskillende metodes gebruik, is ontwikkel teen menslike koronavirus SARS-CoV-2. [147] [148] Antivirale teikens teen menslike koronavirusse is ook geïdentifiseer soos virale proteases, polimerases en intreeproteïene. Dwelms is in ontwikkeling wat hierdie proteïene en die verskillende stappe van virale replikasie teiken. [149] [148]

    Entstowwe is beskikbaar vir dierekoronavirusse IBV, TGEV en Canine CoV, hoewel hul doeltreffendheid beperk is. In die geval van uitbrekings van hoogs aansteeklike diere-koronavirusse, soos PEDV, kan maatreëls soos vernietiging van hele troppe varke gebruik word om oordrag na ander troppe te voorkom. [50]


    Onvolmaakte entstowwe en die evolusie van patogeenvirulensie

    Entstowwe bied selde volle beskerming teen siektes. Nietemin kan gedeeltelik effektiewe (onvolmaakte) entstowwe gebruik word om beide individue en hele bevolkings te beskerm. Ons het die potensiële impak van verskillende tipes onvolmaakte entstowwe op die evolusie van patogeenvirulensie (geïnduseerde gasheersterftes) en die gevolge vir openbare gesondheid bestudeer. Hier wys ons dat entstowwe wat ontwerp is om patogeengroeitempo en/of toksisiteit te verminder seleksie teen virulente patogene verminder. Die daaropvolgende evolusie lei tot hoër vlakke van intrinsieke virulensie en dus tot meer ernstige siektes by ongeënte individue. Hierdie evolusie kan enige bevolkingswye voordele erodeer sodat algehele sterftesyfers nie beïnvloed word nie, of selfs toeneem, met die vlak van inentingsdekking. In teenstelling hiermee veroorsaak infeksieblokkerende entstowwe geen sulke effekte nie, en kan selfs vir laer virulensie selekteer. Hierdie bevindings het beleidsimplikasies vir die ontwikkeling en gebruik van entstowwe wat nie na verwagting volle immuniteit sal verskaf nie, soos kandidaat-entstowwe vir malaria.


    Virus Mortaliteit Seleksie - Biologie

    Evolusie vanuit 'n virus se oogpunt
    Desember 2007

    Adenovirus
    Die nuwe siekte wat hierdie winter die ronde maak, klink soos 'n Steven Spielberg-fliek in wording: 'n gewone verkouevirus, wat deur toevallige kontak versprei, muteer in 'n virulente vorm wat sy slagoffers in die hospitaal opneem en soms doodmaak. Adenovirus-14, wat verlede maand as die "moorddadige koue" aangewys is, is ver van fantasie, maar dit is ook nie skrikwekkend genoeg om 'n blockbuster te maak nie. In die afgelope 18 maande het die virus net 10 sterftes veroorsaak - 'n geringe tol in vergelyking met die 36 000 wat in 'n gemiddelde jaar deur griep veroorsaak is. Waarom het Adenovirus-14 nie voldoen aan die bedreiging wat in opskrifte geadverteer word nie? Evolusie help om te verduidelik hoekom sommige goggas moordenaars is, hoekom ander nie is nie, en watter kans 'n mutante verkouevirus het om epidemiese proporsies te bereik.

    Waar is die evolusie?
    Om te verstaan ​​hoekom sommige kieme virulent is, moet ons die wêreld vanuit hul oogpunt sien. Vir ons is siekteveroorsakende virusse en bakterieë dalk kwaaddoeners — indringers van ons liggame — wat, as daar gesê kan word dat hulle hoegenaamd enige doel het, dit is om ons skade aan te doen. Maar as ons ons perspektief na hul skaal verskuif, onthul hierdie patogene as ontwikkelende populasies van organismes soos enige ander, wie se habitat toevallig die menslike liggaam is. Soos ander organismes word hierdie kieme deur natuurlike seleksie gevorm om te lewe en suksesvol voort te plant.Ons beskou hulle egter as patogene, want die hulpbronne wat hulle gebruik om dit te doen (en wat hulle in die proses vernietig) is die selle van ons eie liggame. Baie van die eienskappe wat ons siek laat voel tydens 'n infeksie is eintlik patogeniese aanpassings — eienskappe wat deur natuurlike seleksie bevoordeel word wat hierdie kieme help om te reproduseer en te versprei.

    As 'n voorbeeld, oorweeg 'n unieke ekologiese uitdaging wat deur baie patogene in die gesig gestaar word: toepaslike habitatte kan min en kommerwekkend ver tussen wees. Plaas jouself in die posisie van 'n virus in sy natuurlike habitat — 'n menslike gasheer. Jy het sommige selle besmet en daarin geslaag om voort te plant, maar die gasheer se immuunstelsel is nou op jou en is besig om die hitte te verhoog. Hierdie omgewing is nie meer so gasvry nie. Hoe kan jy jou nageslag in 'n vriendeliker habitat kry (d.w.s. 'n nuwe, onontginde menslike liggaam)? Sonder bene, vlerke, vinne of enige van die gewone maniere van voortbeweeg, is jou nageslag se vooruitsigte om 'n nuwe gasheer onder hul eie krag te bereik nul. Natuurlike seleksie het patogene egter 'n aantal skelm strategieë verskaf om die sprong na 'n nuwe gasheer te maak, insluitend:

      Druppeloordrag — word byvoorbeeld deurgegee wanneer een gasheer per ongeluk op 'n ander nies. Die griep word op hierdie manier oorgedra.

    Patogeen-afstammelinge wat nie hierdie uitdaging die hoof bied nie en nooit 'n nuwe gasheer besmet nie, is gedoem. Hulle sal uitsterf wanneer hul menslike gasheer sterf of wanneer die immuunstelsel die infeksie vernietig.

    Aangesien oordrag 'n kwessie van lewe of dood vir patogeen-afstammelinge is, het sommige evolusionêre bioloë hierop gefokus as die sleutel om te verstaan ​​waarom sommige in moordenaars ontwikkel het en ander veroorsaak nie erger as die snuif nie. Die idee is dat daar 'n evolusionêre afweging tussen virulensie en oordrag kan wees. Oorweeg 'n virus wat sy menslike gasheer meer as die meeste uitbuit en dus meer nageslag produseer as die meeste. Hierdie virus doen baie skade aan die gasheer — met ander woorde, is hoogs virulent. Vanuit die virus se perspektief sou dit aanvanklik na 'n goeie ding lyk dat ekstra hulpbronne ekstra nageslag beteken, wat gewoonlik hoë evolusionêre fiksheid beteken. As die virale voortplanting die gasheer egter heeltemal onbekwaam maak, kan die hele strategie terugslaan: die siekte kan verhoed dat die gasheer uitgaan en in kontak kom met nuwe gashere waarna die virus kan spring. 'N Slagoffer van sy eie sukses, die virale geslag kan uitsterf en 'n evolusionêre doodloopstraat word. Hierdie vlak van virulensie is duidelik nie 'n goeie ding vanuit die virus se perspektief nie.

    Natuurlike seleksie balanseer hierdie afweging deur te selekteer vir patogene wat virulent genoeg is om baie nageslag te produseer (wat waarskynlik 'n nuwe gasheer sal kan besmet as die geleentheid hom voordoen), maar nie so virulent dat hulle verhoed dat die huidige gasheer hulle geleenthede bied vir oordrag. Waar hierdie balans gevind word, hang deels af van die virus se manier van oordrag. Seksueel oordraagbare patogene sal byvoorbeeld geselekteer word as hulle hul gasheer te gou immobiliseer, voordat die gasheer die geleentheid kry om 'n nuwe seksmaat te vind en die patogeen onbewustelik oor te dra. Sommige bioloë veronderstel dat hierdie afweging help om te verduidelik waarom seksueel oordraagbare infeksies geneig is om van die talmende soort te wees. Selfs as sulke infeksies uiteindelik die gasheer doodmaak, doen dit dit eers na baie jare, waartydens die patogeen moontlik 'n nuwe gasheer kan besmet.

    Aan die ander kant is siektes soos cholera (wat uiterste diarree veroorsaak) in baie situasies vry om tot 'n hoë vlak van virulensie te ontwikkel. Cholera-slagoffers word gou deur die siekte geïmmobiliseer, maar hulle word versorg deur ander wat hul afval wegdra, hul vuil klere skoonmaak en, in die proses, die bakterie na 'n watertoevoer oordra waar dit deur nuwe gashere ingeneem kan word. Op hierdie manier kan selfs virulente cholera-stamme wat 'n gasheer onmiddellik tref, maklik na 'n nuwe gasheer oorgedra word. Gevolglik het cholera 'n hoë vlak van virulensie ontwikkel en kan sy gasheer doodmaak net 'n paar uur nadat simptome begin het.

    Alhoewel oordragmodus ver van die enigste faktor is wat beïnvloed hoe virulensie ontwikkel — die immuniteitsvlak van die gasheerpopulasie, die verspreiding van die gashere, en of die gasheer ander infeksies het, byvoorbeeld, maak ook saak — hierdie sleutel deel van die patogeen se ekologie help om te belig waarom sommige siektes moordenaars is. Nog belangriker, dit stel voor hoe ons patogeen-evolusie na minder virulente stamme kan swaai. In situasies waar hoë virulensie gekoppel is aan hoë transmissietempo's (bv. cholera), kan die vermindering van transmissietempo's (bv. deur beter watersanitasie te voorsien) minder virulente vorms bevoordeel. Die idee is om 'n situasie te skep waarin hiper-virulente stamme wat binnekort hul gashere doodmaak of immobiliseer, nooit 'n kans kry om nuwe gashere te besmet nie en in evolusionêre doodloopstraat omskep word. Trouens, bioloë het hierdie verskynsel in Suid-Amerika waargeneem: toe cholera lande met swak watersanitasie binnegeval het, het die stamme ontwikkel om meer virulent te wees, terwyl geslagte wat gebiede met beter sanitasie binnegeval het, ontwikkel het om minder skadelik te wees.

    En dit bring ons terug na Adenovirus-14. Adenovirusse word deur die lug of deur kontak oorgedra. Ons kan verwag dat hierdie soort oordrag 'n redelik gesonde gasheer sal vereis (een wat uitkom en met ander in aanraking kom) en dus om te selekteer teen virulente stamme. Inderdaad, adenovirusse is selde moordenaars, maar in nabye omgewings — byvoorbeeld, in die militêre barakke waar Adenovirus-14 'n besondere probleem was — hindernisse tot oordrag kan verlaag word. Dit kan die deur oopmaak vir die evolusie van meer virulente stamme. Militêre personeel is egter besig om hierdie deur weer toe te druk. By die Lackland-lugmagbasis, wat die ernstigste uitbreking van Adenovirus-14 gesien het, help wyer toetsing, meer handewasstasies, groter aandag aan ontsmetting en isolasie van pasiënte om die oordrag van die siekte te verminder en in die proses , kan die evolusie van minder virulente stamme van die virus bevoordeel.

      Ewald, P. W. (1996). Waak teen die gevaarlikste opkomende patogene: Insigte uit evolusionêre biologie. Opkomende aansteeklike siektes 2(4):245-257.

    Verstaan ​​Evolusie-hulpbronne:

    Besprekings- en uitbreidingsvrae

      . Verduidelik hoe 'n mutasie wat 'n virus toelaat om meer kopieë van homself te maak deur 'n populasie virusse wat in 'n enkele persoon woon, sal versprei. Maak seker dat jy die konsepte van variasie, seleksie en oorerwing in jou verduideliking insluit.

    . Beskryf watter faktore die evolusionêre fiksheid van 'n virus soos Adenovirus-14 sal verhoog.

    Verwante lesse en onderrighulpbronne

      : In hierdie kort video vir graad 9-12 beskryf die evolusionêre bioloog Paul Ewald strategieë om virale evolusie te beheer.

      Gevalle van 'boot camp griep' wat by Lackland AFB val. (2007, 3 Desember). AP Texas Nuus.
      Onttrek 4 Desember 2007 van Houston Chronicle


    Verwysings

    Begley, S. DNA-speurders lees die koronavirus-genoom, spoor die oorsprong daarvan op en soek gevaarlike mutasies. STAT http://bit.ly/37ma5xY (2020).

    Gulland, A. Coronavirus: navorsers het gewaarsku om waaksaam te wees oor mutasies wat die verspreiding van siektes kan bespoedig. Die Daily Telegraph (4 Februarie 2020) http://bit.ly/2OJ5OOH

    Yuan, L. et al. Wetenskap 358, 933–936 (2017).

    Grubaugh, N. D., Ishtiaq, F., Setoh, Y. X. & Ko, A. I. Tendense Microbiol. 27, 381–383 (2019).

    Holmes, E.C. Die evolusie en opkoms van RNA-virusse (Oxford University Press, 2009).

    Bul, J.J. Evolusie 48, 1423–1437 (1994).

    Wain, L.V. et al. Mol. Biol. Evol. 24, 1853–1860 (2007).

    Tsetsarkin, K.A., Vanlandingham, D.L., Mc Gee, C.E. & Higgs, S. PLoS Pathog. 3, e201 (2007).

    Urbanowicz, R. A. et al. Sel 167, 1079–1085 (2016).

    Herfst, S. et al. Wetenskap 336, 1534–1541 (2012).

    Bloom, J. D., Gong, L. I. & Baltimore, D. Wetenskap 328, 1272–1275 (2010).

    Die Chinese SARS Molekulêre Epidemiologie Konsortium. Wetenskap 303, 1666–1669 (2004).

    Guan, Y. et al. Wetenskap 302, 276–278 (2003).

    Cui, J., Li, F. & Shi, Z.-L. Nat. Eerwaarde Microbiol. 17, 181–192 (2019).

    Grubaugh, N. D. et al. Nat. Mikrobioloë. 4, 10–19 (2019).


    Replikasie en Latency

    Replikasie van alle herpesvirusse is 'n multi-stap proses. Na die aanvang van infeksie word DNA onbedek en na die kern van die gasheersel vervoer. Dit word gevolg deur transkripsie van onmiddellike-vroeë gene, wat kodeer vir die regulatoriese proteïene. Uitdrukking van onmiddellike-vroeë geenprodukte word gevolg deur die uitdrukking van proteïene wat deur vroeë en dan laat gene gekodeer word.

    Die samestelling van die virale kern en kapsied vind binne die kern plaas. Dit word gevolg deur omhulsel by die kernmembraan en vervoer uit die kern deur die endoplasmiese retikulum en die Golgi-apparaat. Glikosilering van die virale membraan vind plaas in die Golgi-apparaat. Volwasse virions word na die buitenste membraan van die gasheersel binne-in vesikels vervoer. Vrystelling van nageslagvirus gaan gepaard met seldood. Replikasie vir alle herpesvirusse word as ondoeltreffend beskou, met 'n hoë verhouding van nie-aansteeklike tot aansteeklike virale deeltjies.

    'n Unieke kenmerk van die herpesvirusse is hul vermoë om latente infeksie te vestig. Elke virus binne die familie het die potensiaal om latensie in spesifieke gasheerselle vas te stel, en die latente virale genoom kan óf ekstra-chromosomaal óf geïntegreer in gasheersel DNA wees. Herpes simplex virus 1 en 2 en varicella-zoster virus vestig almal latensie in die dorsale wortelganglia. Epstein-Barr-virus kan latensie in B-limfosiete en speekselkliere handhaaf. Sitomegalovirus, menslike herpesvirus 6 en 7, Kaposi se sarkoom herpesvirus en B-virus het onbekende plekke van latensie.

    Latente virus kan op enige tydstip heraktiveer word en 'n replikatiewe siklus betree. Die heraktivering van latente virus is 'n goed erkende biologiese verskynsel, maar nie een wat vanuit 'n biochemiese of genetiese oogpunt verstaan ​​word nie. Daar moet hier kennis geneem word dat 'n anti-sin boodskap aan een van die onmiddellik-vroeë gene (alfa-O) betrokke kan wees by die instandhouding van latente virus. Stimuli wat geassosieer is met die heraktivering van latente herpes simplex-virus, het stres, menstruasie en blootstelling aan ultraviolet lig ingesluit. Presies hoe hierdie faktore op die vlak van die ganglia interaksie het, moet nog gedefinieer word. Daar moet kennis geneem word dat heraktivering van herpesvirusse klinies asimptomaties kan wees, of dit kan lewensgevaarlike siekte veroorsaak.


    Deel 2: Virusaanpassing by omgewingsverandering

    00:00:14.24 Hallo.
    00:00:15.24 Ek is Paul Turner van die Departement Ekologie en Evolusionêre Biologie aan die Yale Universiteit,
    00:00:19.20 en die Mikrobiologie-fakulteit by Yale Skool vir Geneeskunde.
    00:00:23.06 Vandag wil ek aanbied oor virusaanpassing (of nie) by omgewingsverandering.
    00:00:29.08 Hierdie praatjie beskryf hoe virusse 'n wonderlike vermoë het om aan te pas by omgewingsuitdagings
    00:00:35.03 en tog sal ons vind dat hierdie kampioene van aanpassing soms omgewings teëkom
    00:00:40.17 wat aantoon dat omgewingsverandering evolusie en aanpassing kan beperk, en
    00:00:46.13 selfs hierdie sogenaamde kampioene kan beperking ondervind.
    00:00:50.11 Daar bestaan ​​dus baie uitdagings vir virusse in die natuurlike wêreld en jy kan daaraan dink
    00:00:56.09 dit op alle verskillende vlakke van biologiese organisasie.
    00:00:59.24 Dus, as jy by die basisvlak van molekules en selle begin, die primêre uitdaging vir virusse
    00:01:06.02 is dat hulle nie kan beheer waar hulle in die omgewing bestaan ​​nie, dus kan hulle teëkom
    00:01:11.04 een of ander seltipe en voer suksesvol in as hulle die regte proteïenbinding het om te herken
    00:01:16.19 'n proteïen op die seloppervlak, of hulle kan die verkeerde tipe sel raakloop en dit
    00:01:22.15 proteïenherkenning vind nie plaas nie.
    00:01:24.14 Dit is dus 'n onmiddellike en onmiddellike uitdaging vir 'n virus om 'n sel te besmet, afhangende van
    00:01:30.02 oor waar dit in die omgewing is en of die regte selle bestaan ​​om te besmet.
    00:01:34.13 In makro-organismes soos ons het ons weefsels wat uit verskillende seltipes saamgestel is, dus as 'n
    00:01:41.00 virus is in jou liggaam en dit repliseer in een weefseltipe, dit kan dalk uitgedaag word
    00:01:46.01 om 'n ander weefsel wat naby is en dit nie in staat is om dit te doen, te besmet nie.
    Gashere, soos mense, het uitgebreide en pragtige immuunstelsels.
    00:01:56.21 Sommige van hulle is aanpasbaar, wat beteken dat hulle deur tyd verander en dit is 'n manier van ons
    00:02:01.08 immuunstelsel, op 'n manier, tred hou met mikrobiese indringers en terselfdertyd verander
    00:02:07.03 tempo dat hulle deur evolusie kan ontwikkel.
    00:02:10.00 Maar virusse en ander mikrobes. wanneer hulle hierdie immuunstelsels teëkom, vorm dit
    00:02:14.23 'n uitdaging vir hulle om voort te gaan om daardie gasheer, of daardie gasheer se nageslag, of ander te besmet
    00:02:19.19 vatbare gashere in hul omgewing. in hul omgewing, afhangende van of diegene immuun
    00:02:24.00 stelsels bied 'n onmiddellike en suksesvolle versperring vir virusreplikasie.
    00:02:30.10 Dit is 'n ongelooflike ding dat sommige virusse mense infekteer en ook baie anders suksesvol besmet
    00:02:37.12 organismes wat glad nie nou verwant aan ons is nie.
    00:02:41.11 'n Goeie voorbeeld hiervan is die geleedpotiges, waar baie patogene vektor-oorgedra word
    00:02:47.11 deur geleedpotiges soos muskiete, insluitend virusse.
    00:02:51.14 En dit is nogal fassinerend, want 'n virus moet in 'n ongewerwelde dier groei en,
    00:02:58.05 byvoorbeeld, in 'n muskiet moet dit in die middelderm groei en uiteindelik by die speeksel kom
    00:03:01.21 kliere om teenwoordig te wees in 'n byt wat die virus in die bloedstroom van 'n ander plaas
    00:03:07.04 gasheer om deur 'n ander muskiet opgetel te word.
    00:03:09.21 Dit moet 'n ongelooflike uitdaging wees vir 'n virus om beide suksesvol in 'n ongewerwelde dier te groei,
    00:03:14.23 soos 'n geleedpotig, sowel as 'n gewerwelde dier soos jy, 'n mens.
    00:03:18.18 En laastens, ons moet onthou dat ekosisteemveranderinge op wêreldvlak alle biologiese entiteite affekteer
    00:03:25.04 op hierdie planeet, insluitend die heel kleinstes soos virusse.
    00:03:29.02 Dus, wanneer jy aan uitdagings soos klimaatsverandering en aardverwarming dink, moet jy onthou
    00:03:35.11 dat dit iets is wat deur alle biologiese entiteite en dus virusse gevoel word
    00:03:40.06 kan ook die uitdaging van 'n steeds warmer wêreld voel.
    00:03:43.23 Daar is baie verskillende virusstudiestelsels wat my groep ondersoek.
    00:03:48.11 So, hierdie voorbeelde word in die baie pragtige vorms agter my gewys.
    00:03:54.09 Heel links het ons vesikulêre stomatitisvirus, wat 'n voorbeeld is van 'n enkelstrengs
    00:03:59.15 RNA-virus met 'n negatiewe-sin genoom, en in die middel het ons 'n verskeidenheid ander virusse,
    00:04:04.23 ook, wat eukariote sal infekteer, maar hulle het toevallig positiewe enkelstring-RNA
    00:04:10.05 genome.
    00:04:11.05 Nader aan waar ek staan, het ons enkelstrengige DNA filamentagtige faag, en ook dubbelstrengs
    00:04:16.17 RNA en dubbelstring DNA-virusse, in hierdie geval, beide fage: faag phi-6 en faag T2.
    00:04:23.09 So, hierdie is voorbeelde binne my laboratorium van die wye verskeidenheid virusse wat bestaan
    00:04:28.14 in die natuurlike wêreld, en hoe 'n enkele laboratorium kan kies om hierdie groot verskeidenheid van
    00:04:34.11 tipes virus.
    00:04:35.16 Afhangende van die uitdaging en die vraag, wil ons graag op 'n ander studie fokus
    00:04:39.17 stelsel om te ondersoek of virusse suksesvol by hul omgewings kan aanpas, al dan nie.
    00:04:45.21 'n Groot instrument wat ons gebruik wat baie gewild is onder ander, en 'n baie kragtige instrument, sal
    00:04:50.22 eksperimentele evolusie wees.
    'n Manier om hierdie metode op te som, is dat dit die vermoë is om evolusie in aksie te bestudeer.
    00:04:58.01 Dus, as jy die regte studiestelsel op 'n beheerde plek het, soos 'n laboratorium,
    00:05:03.17 daardie bevolking kan neem, dit in 'n omgewing plaas wat jy eksplisiet beheer, en dan ondersoek,
    00:05:09.09 hoe hanteer daardie bevolking daardie uitdaging, beide in terme van die eienskappe wat dit ontwikkel
    00:05:14.07 sowel as die genotipiese veranderinge wat dit ondergaan?
    00:05:16.24 So, beide fenotipe en genotipe kan die fokus van hierdie studies wees.
    00:05:21.09 'n Belangrike ding om te onthou is, selfs al manipuleer 'n navorser die omgewing
    00:05:25.20 in die laboratorium, kan dit steeds 'n uitdaging vir 'n bevolking wees, en daardie bevolking kan ontwikkel
    00:05:32.07 deur natuurlike seleksie.
    00:05:33.12 So, jy praat van 'n kunsmatige omgewing en tog kan natuurlike seleksie plaasvind.
    00:05:38.22 Dit is omdat die navorser nie bepaal watter variante in daardie populasie beter sal wees nie
    00:05:43.17 pas eerder by die omgewing, dit is geheel en al te danke aan die mutasies en die genetika
    00:05:48.15 van daardie stelsel om daardie uitdaging die hoof te bied of nie.
    00:05:52.18 En dit kan gebeur deur die evolusieproses deur natuurlike seleksie.
    00:05:57.11 'n Tipiese ontwerp word hier getoon, waar ons met 'n voorvaderlike tipe sou begin.
    00:06:03.00 Ons sal dalk in die geval van hierdie hipotetiese diagram belangstel in drie verskillende behandelings
    00:06:07.12 wat op een of ander manier verskil in hul omgewingsuitdaging, en ons kan deur die loop dophou
    00:06:13.16 generasies, hoe ontwikkel hierdie onafhanklike geslagte om hierdie uitdagings die hoof te bied?
    00:06:20.05 En die lekker ding is om replikasie by hierdie eksperimente in te sluit, soos jy kan hê
    00:06:24.22 geslagte wat dieselfde omgewing ervaar, en jy kan kyk hoe konsekwent afstammelinge doen
    00:06:30.23 ewekansige mutasies ondergaan, en tog kan dieselfde mutasies dié wees wat tot fiksasie lei,
    00:06:36.12 en lei tot aanpassing.
    00:06:38.05 In ander gevalle kan daar verskillende oplossings vir die omgewingsuitdaging wees, en jy sal
    00:06:42.20 sien divergensie tussen jou afstammelinge in die sin dat verskillende mutasies ontmoet
    00:06:47.20 dieselfde uitdaging.
    00:06:50.10 'n Ander manier om oor hierdie eksperimentele evolusiestudies te dink, is om 'n hipotetiese
    00:06:55.09 diagram van een of ander fenotipiese eienskap wat jy wil meet -- dit kan groei wees
    00:07:00.06 of 'n ander kapasiteit van die stelsel om die uitdaging die hoof te bied.
    00:07:03.03 So, in hierdie voorbeeld, illustreer ek hoe hierdie eienskap aan die begin 'n mate van variasie het,
    00:07:09.21 en dan kan ons 'n soort van 'n ekologiese omstandighede skep, of 'n omgewingsuitdaging,
    00:07:14.22 in hierdie studies, en deur tyd kan ons tred hou met hoe fenotipes verander.
    00:07:19.18 So, jy sal sien dat die gemiddelde fenotipe, langs die x-as in hierdie hipotetiese voorbeeld,
    00:07:25.18 skuif na regs, wat beteken dat die gemiddelde van die verspreiding verander volgens
    00:07:29.23 watter variante in daardie bevolking is en die wat die uitdaging die beste die hoof bied.
    00:07:34.15 Nou, ons kan verder gaan as baie stelsels, want dit is vir ons baie maklik in virusstudies
    00:07:40.04 om die hele genoom van hierdie ontwikkelende bevolkings te neem en eksplisiet oral te kyk
    00:07:46.08 in die genoom vir waar 'n mutasie kan voorkom.
    00:07:48.24 In hierdie geval kan ons deur generasietyd volg, hoe die genetika in verhouding verander
    00:07:54.11 ook vir die ekologiese uitdaging?
    00:07:56.15 En dit laat baie onmiddellike krag toe om iets te maak wat 'n fenotipe-genotipe genoem word
    00:08:01.14 assosiasie -- jy kan aflei hoe die veranderende fenotipe beheer word deur onderliggende
    00:08:10.10 genetika, en maak 'n paar basiese afleidings oor wat die verhouding is.
    00:08:15.15 En ek wil dit nie trivialiseer nie, want 'n mens moet baie meer werk doen om te oortuig
    00:08:19.14 self dat, miskien, een mutasie verantwoordelik is, miskien twee of drie, of selfs meer komplekse dinge
    00:08:26.00 kan voorkom soos hierdie mutasies wat met mekaar optree deur eienskappe soos epistase.
    00:08:31.06 Dit bied dus 'n ongelooflike hoeveelheid krag om te ondersoek hoe evolusie plaasvind volgens
    00:08:37.13 aan die omgewing wat jy in hierdie tipe studies skep.
    00:08:41.12 Die uiteensetting van waaroor ek vandag wil praat, is redelik gesentreer op hierdie twee
    00:08:45.23 vrae.
    00:08:47.14 Ons kan omgewingsveranderinge beskou as bevordering versus beperking van virusaanpassing, afhangende van
    00:08:54.12 oor hoe die omgewing saamgestel is, en hierdie tipe eksperimente is in die natuurlike
    00:08:58.18 wêreld.
    00:08:59.18 En veral nou, dit neem ons na hierdie volgende vraag van, is daar spesifieke eienskappe
    00:09:04.15 wat kan ontwikkel in virusse wat ooreenstem met iets interessants wat jy in sellulêre stelsels sien?
    00:09:11.06 Die belegging in oorlewing versus voortplanting is dikwels iets wat as teenstrydig beskou word
    00:09:16.01 aan mekaar in sellulêre stelsels, dat jy óf baie kan belê in oorlewing as 'n
    00:09:21.07 evolusionêre eienskap, maar dit verminder jou voortplantingsvermoë, of andersom.
    00:09:27.06 Dus, 'n interessante stel studies toon dat hierdie selfde beperking, of dieselfde afweging,
    00:09:34.08 kan selfs in nie-metaboliserende organismes voorkom, soos die virusse, veral in die virusse.
    00:09:42.22 Hoe bevorder omgewingsverandering versus beperk virusaanpassing?
    00:09:47.12 Kom ons kyk eers na hierdie vraag.
    00:09:50.21 Virus-opkoms is 'n wonderlike biografie. biomediese uitdaging wat ons vandag in die gesig staar.
    00:09:56.01 Dus, selfs al is veral RNA-virusse nie so algemeen onder die hoogs algemene
    00:10:01.18 virusse wat op hierdie planeet bestaan, blyk dit dat hulle veral in staat is om in nuwe gasheer te spring
    00:10:07.20 spesies en skade deur siekte veroorsaak.
    00:10:10.10 So, mense sien dit deur onlangs opkomende patogene, soos Zika-virus, wat besig is om te vee
    00:10:17.04 regoor die wêreld, en is problematies en skep 'n uitdaging vir biomedisyne, om mense te beskerm
    00:10:22.16 teen Zika-virusinfeksie wat normale ontwikkeling op 'n vroeë ouderdom kan ontwrig.
    00:10:27.22 'n Heel ander voorbeeld, maar steeds genoem opkoms, is wanneer 'n virus van 'n ander af kom
    00:10:33.06 spesies, betree die menslike bevolking, en word opgesluit en word baie spesifiek
    00:10:39.16 aan mense.
    00:10:40.16 So, ek het begin met die geval van Zika-virus, wat nie spesifiek vir mense is nie, maar 'n goeie voorbeeld
    00:10:45.17 van 'n spesifisiteit-evolusie sou MIV wees, wat verskeie kere in die menslike bevolking gekom het,
    00:10:51.18 onafhanklik, van ons primaatverwante, veral sjimpansees en sekere spesies
    00:10:56.09 van ape, en dit het gelei tot die evolusie van MIV-1 en MIV-2, onafhanklik, verskeie
    00:11:03.05 keer.
    00:11:04.06 'n Derde voorbeeld van opkoms sal iets wees wat beide binne mense bestaan, sowel as
    00:11:09.21 in ander spesies, en 'n goeie voorbeeld daarvan sal griepvirus wees.
    00:11:14.09 So, gewoonlik, in enige jaar, kan jy baie van die menslike bevolking hê wat griep sien
    00:11:19.03 virusinfeksie en griep ly, maar wat ons vrees is dat daar sekere vorme is,
    00:11:24.12 of genotipes, van griepvirus wat veral virulent sal wees en 'n hoë graad sal veroorsaak
    00:11:29.05 van mortaliteit, en vee oor die wêreld om baie mense te besmet en nadelig te beïnvloed
    00:11:34.06 menslike bevolkings, meer as 'n standaard griepseisoen.
    00:11:37.03 En veral, ons vrees dat die groot reservoir van griepvirusse, wat meestal in
    00:11:43.05 hierdie planeet in watervoëls, kan lei tot 'n variant wat onmiddellik in mense kan spring
    00:11:48.16 en dan van mens na mens oorgedra word.
    00:11:50.23 Dit sal 'n voorbeeld wees van 'n griepvirus wat van 'n voël af kom en in 'n heel ander
    00:11:56.00 gasheerspesies, 'n soogdier, en wat baie vernietiging en sterftes veroorsaak as gevolg van die
    00:12:00.18 onvermoë van die menslike immuunstelsel om die uitdaging te hanteer.
    00:12:03.20 So, hierdie is drie verskillende voorbeelde van dieselfde gekatalogiseerde ding wat die ding is wat is
    00:12:09.20 genoem opkoms, en dit is 'n groot biomediese uitdaging.
    00:12:14.03 Ons kan dink aan hoe opkoms vir 'n virus kan of nie kan plaasvind nie, en dit is wat ek wil hê
    00:12:18.09 om op volgende te fokus.
    00:12:19.11 En daar is sekere fundamentele verwagtinge, as jy enige afkoms het, of dit nou 'n virus is
    00:12:25.03 of nie, en of dit 'n omgewing teëkom wat konstant is deur tyd, teenoor veranderende
    00:12:30.21 seisoenaal, of op 'n tydelike wyse deur tyd.
    00:12:34.22 So, ek gee twee hipotetiese voorbeelde hiervan.
    00:12:38.11 Aan die bokant het ons 'n hipotetiese ontwikkelende geslag wat nis A en nis B in 'n
    00:12:44.22 flip-flotting mode, en elkeen van hierdie klein sirkels dui op 'n generasie.
    00:12:49.23 So, noodwendig, hierdie geslag moet in omgewing A groei om dit lank te maak
    00:12:55.04 genoeg in sy omgewing om 'n nuwe omgewing te bereik, B, ensovoorts.
    Ons sou noodwendig verwag dat dit. dit sal kies vir veralgemening -- die
    00:13:03.18 vermoë om in beide hierdie omgewings te floreer -- want daar is geen ander opsie nie.
    00:13:08.06 Nou, dit is baie anders as wanneer daardie geslag die luukse het om net 'n enkele omgewing te sien.
    00:13:13.11 In hierdie geval is omgewing A die enigste ding wat dit teëkom, maar ek onderstreep die woord
    00:13:19.18 *is geneig* om vir spesialisasie te kies, want dit is net een moontlikheid.
    00:13:24.07 Hierdie luukse bied hierdie moontlikheid om hoogs spesifiek vir jou omgewing en wese te wees
    00:13:28.23 baie goed in daardie omgewing, maar dit is ook 'n geleentheid vir veralgemening om te voorkom,
    00:13:35.15 as jy 'n verwante reaksie het om goed in ander omgewings te groei.
    00:13:39.04 En in wese moet dit gebeur in opkomende viruspatogene.
    00:13:43.16 Hulle het toevallig die regte genetiese kapasiteit wat wanneer hulle in 'n nuwe gasheerspesie spring
    00:13:48.04 soos 'n mens, kan hulle net regtig die grond slaan en baie goed groei, veroorsaak dat baie
    00:13:53.15 skade, en uiteindelik kan hulle spesifiek vir daardie omgewing wees. uiteindelik, maar aanvanklik
    00:13:59.17 hulle is hoogs veralgemeen.
    00:14:02.12 Ons het hierdie onderwerp gedek in 'n verskeidenheid referate wat ek hier lys, wat ek nie tyd sal hê nie
    00:14:06.05 om in baie besonderhede in te gaan, maar mens kan dink aan hierdie uitdaging van virusspesialisasie versus
    00:14:11.22 veralgemening gebeur baie in die natuurlike wêreld, en dit is baie maklik en kragtig om
    00:14:17.05 bestudeer dit in die laboratorium, deur die eksperimentele evolusiemetode wat ek genoem het
    00:14:21.15 vroeër.
    00:14:23.14 Een stelsel waarop ons baie gefokus het om te bestudeer hoe virusspesialisasie versus veralgemening,
    00:14:29.01 en net eenvoudig aanpassing kan gebeur, is 'n model bekend as vesikulêre stomatitis-virus.
    00:14:34.17 So, dit is 'n enkelstrengige RNA-virus met 'n negatiewe-sin genoom wat redelik baie is
    00:14:39.21 'n werkesel in molekulêre virologie.
    00:14:42.06 Dit word al vir baie dekades gebruik om die grondbeginsels van hoe RNA-virusse infekteer en te verstaan
    00:14:47.17 repliseer in 'n sel.
    00:14:49.05 So, 'n paar foto's, hier, wat ek wys, is net om te weerspieël dat ons baie het
    00:14:53.16 voorkennis vir die molekulêre besonderhede van hierdie stelsel, en dit is wonderlik wanneer jy
    00:14:58.14 eksperimentele evolusiestudies aangaan, want jy hoef nie te gaan meet nie
    00:15:03.06 daardie goed weer kan jy dink aan die uitkoms van jou eksperimente in die konteks
    00:15:07.17 van die voorkennis.
    00:15:08.19 Dus, VSV het 'n baie klein genoom in grootte.
    00:15:11.21 Dit het net 11 kilobasisse lank.
    00:15:15.08 En dit bestaan ​​uit slegs 5 gene.
    00:15:17.04 So, 'n mens kan hieraan dink as 'n redelik eenvoudige stelsel.
    00:15:20.04 En tog het dit 'n ongelooflike vermoë om dinge te doen soos beide reproduseer in 'n geleedpotige
    00:15:26.15 -- dit is 'n geleedpotige-gedraagde virus of 'n arbovirus -- en dit kan ook in 'n soogdier repliseer.
    00:15:31.13 Dus, in die geval van VSV, is dit 'n veilige stelsel om in die laboratorium te gebruik omdat dit dalk
    00:15:36.08 per ongeluk 'n mens inkry, maar dit veroorsaak regtig nie veel skade nie.
    00:15:40.07 Dit is landbou belangrik in groot soogdiere, mak perde, ens., so ons gee om
    00:15:45.14 dit vanuit 'n siekte-oogpunt, maar dit is 'n wonderlike, kragtige stelsel om in die laboratorium te gebruik,
    00:15:51.04 veilig.
    00:15:52.04 Dit kom van die familie rhabdoviridae, wat ook hondsdolheidvirus bevat.
    00:15:58.04 Hier is 'n opsomming van sommige van die data van een van ons eksperimente, waar ons ingespan het
    00:16:03.06 eksperimentele evolusie om te ondersoek hoe hierdie virus 'n konstante omgewing hanteer
    00:16:09.11 teenoor een wat deur tyd verander op daardie tydelike heterogene manier wat ek geskets het?
    00:16:14.10 So, hierdie is 'n redelik besige diagram, maar ek sal jou daardeur lei.
    00:16:18.02 Aan die bokant is dit bloot 'n uitbeelding van die VSV-genoom en die 5 gene N, P, M, G,
    00:16:24.14 L. En wat jy kan sien is, vir elkeen van die geslagte, die 4 geslagte wat net gesien het,
    00:16:30.10 in hierdie geval, HeLa-selle. dit is kanker-afgeleide selle wat oorspronklik van Henrietta gekom het
    00:16:35.22 Gebreke lank gelede, en dit is ingespan as 'n onsterflike sellyn wat mense gebruik
    00:16:41.08 en baie studies verder as bloot virusstudies. maar hierdie kanker-afgeleide selle verskaf a
    00:16:47.07 nuwe uitdaging vir VSV in hierdie eksperiment, en elkeen van die punte, hier, op die diagram,
    00:16:52.19 wys waar hierdie afstammelinge verander het in hul genetiese materiaal relatief tot die voorouer
    00:16:59.12 nadat die eksperiment plaasgevind het.
    00:17:01.18 Op hierdie manier kan ons katalogiseer wat die mutasies is wat ontstaan ​​het en watter reggestel is
    00:17:06.10 deur natuurlike seleksie, om hierdie geslagte in hul omgewing te laat verbeter?
    00:17:12.00 Ons het ook 'n exp. in hierdie eksperiment 'n uitdaging waar die virusse moes nie net
    00:17:15.23 ontwikkel op HeLa-selle, maar op 'n afwisselende wyse moes hulle 'n nie-kanker-afgeleide
    00:17:22.12 seltipe, afgekort as MDCK, en op hierdie manier moes hulle by beide HeLa aangepas word
    00:17:28.12 selle sowel as hierdie nie-kankerselle.
    00:17:31.18 En jy sal sien dat ons ook hul genetiese veranderinge deur tyd gekatalogiseer het.
    00:17:35.24 En dit het 'n groot verskeidenheid, selfs binne elke behandeling, vir die mutasies wat
    00:17:41.15 vasgestel volgens elke geslag.
    00:17:44.02 'n Mens kan ook die presiese posisie katalogiseer waar elkeen van hierdie mutasies plaasgevind het.
    00:17:48.12 Laat ek nog een ding uitlig voor ek aanbeweeg, en dit is eintlik hierdie virusbevolkings,
    00:17:55.08 na hierdie eksperiment, is nie koolstofkopieë van mekaar nie.
    00:17:58.19 So, daar is baie plekke waar ons wel sien dat hulle dieselfde mutasieverandering ondergaan het
    00:18:04.08 op presies dieselfde plek, en dit moet bewys wees van een of ander voordelige mutasie wat kom
    00:18:10.01 in en vasstel in hierdie geslagte.
    00:18:12.15 En tog, in sommige gene het hulle verskillende mutasies ondergaan van selfs dieselfde populasies in
    00:18:17.21 dieselfde behandeling, so dit dui daarop dat daar ander genetiese oplossings vir die
    00:18:22.22 dieselfde omgewingsprobleem in 'n studie soos hierdie.
    00:18:26.06 Hou dit in gedagte terwyl ons aangaan en kyk na 'n daaropvolgende eksperiment wat die
    00:18:31.02 vermoë van hierdie virusse om te ontwikkel en nog nuwe gashere te besmet om te toets, wat is hul opkoms
    00:18:37.15 kapasiteit?
    00:18:39.01 Onthou net dat ons hulle as spesialiste saamgevoeg het, nadat ons net een konstante gesien het
    00:18:44.05 gasheer-hype, of generaliste, wat gekies is om twee tipes te sien, en tog is die geslagte
    00:18:49.10 nie koolstofkopieë van mekaar wanneer hulle uit elke behandeling getrek word nie.
    00:18:53.16 Hier wou ons 'n baie fundamentele vraag vra wat eintlik aan die wortel is van wat
    00:18:58.15 laat opkoms plaasvind.
    00:19:00.11 Dus, 'n gewilde idee is dat, as een of ander patogeen in die verlede verskeie gashere gesien het, dit
    00:19:07.02 op een of ander manier deur aanpassing versorg om genoeg veralgemeen te word dat dit suksesvol sal ingaan en
    00:19:13.16 besmet 'n nuwe gasheer wanneer dit dit net lukraak sien deur dit in die natuur teë te kom.
    00:19:19.08 Dit is omdat aanpassing daardie patogeen voorberei het om goed in veelvuldige groei te wees
    00:19:23.24 gashere en, deur gekorreleerde reaksie, kan dit net baie goed groei in 'n nuwe gasheer soos
    00:19:28.13 as mense.
    00:19:29.13 So, hier beeld ek 'n foto uit van Henrietta Lacks, as die. uiteindelik die persoon wat
    00:19:34.16 het aanleiding gegee tot hierdie HeLa-selle wat ons in hierdie eksperiment gebruik het, en ons het gevra of
    00:19:39.13 virusse wat streng op HeLa-selle ontwikkel het, gaan hulle goed wees om op 'n
    00:19:45.06 verskeidenheid uitdagingsgashere wat ons gekoop het?
    00:19:48.20 Of gaan ons by hierdie voorspelling pas dat geselekteerde generaliste vooraf aangepas is
    00:19:55.06 om op een of ander manier goed op hierdie nuwe gashere te presteer, en hulle moet die een wees wat ons sou
    00:20:00.00 vrees as tipies van 'n suksesvolle opkomende patogeen, iets wat versorg is om op veelvuldige te groei
    00:20:06.01 gasheer en sal goed groei op 'n uitdaginggasheer wanneer dit dit teëkom?
    00:20:10.24 Om na die data van 'n vroeëre vraestel te gaan, word dit redelik goed ondersteun deur ons studie, dat,
    00:20:17.15 ja, geselekteerde generaliste kom na vore of hulle verskuif gashere makliker.
    00:20:21.16 So, hierdie diagram wys, wat die blote voortplantingskapasiteit van elk van hierdie virusse is
    00:20:28.04 lyne, aangedui deur elke punt, relatief tot sy vermoë om in die omgewing te groei
    00:20:33.19 waarop dit voorheen ontwikkel is?
    00:20:35.22 So, dit gee 'n aanduiding van. relatief tot sy gewone voortplantingsvermoë, is
    00:20:41.16 dit enigsins beter of ewe goed om op 'n nuwe uitdaginggasheer te groei, relatief tot die gasheer
    00:20:46.18 wat dit gesien het voor aanpassing?
    00:20:49.13 En jy sal sien dat al die blou punte ver onder die nullyn is.
    00:20:53.19 Dit beteken dat hierdie spesialisvirusse uit ons studie kan groei op hierdie eerste uitdaging
    00:20:59.16 gasheer, ek dui aan, wat van aapselle afkomstig is, maar hulle groei redelik swak in vergelyking
    00:21:04.02 tot hul vermoë om te groei op die HeLa-selle wat van Henrietta Lacks afkomstig is, terwyl die
    00:21:09.06 geselekteerde generaliste, hulle het albei gasheertipes in ons vorige eksperiment gesien -- een het gebeur met
    00:21:15.05 kanker-afgelei is, een was toevallig nie-kanker-afgelei - maar dit was verskillende genoeg seltipes
    00:21:20.09 wat 'n uitdaging verskaf het om gelyktydig by twee dinge aan te pas.
    00:21:25.03 En jy sal sien dat daardie geselekteerde generaals op hierdie uitdagingsgasheer eintlik 'n
    00:21:29.07 beter werk om te groei op 'n uitdagingsgasheer wat net lukraak gekies en aangebied is
    00:21:34.05 aan hulle.
    00:21:35.16 Al vier daardie driehoeke is baie naby aan die nullyn.
    00:21:38.22 So, opsommend, kan 'n mens sê dat, in hierdie eerste lyn van bewyse, op die aapselle,
    00:21:45.00 daar is beide 'n hoër gemiddelde, gemiddeld, en minder variansie oor die populasies wat getrek is
    00:21:50.15 van elke behandeling vir die geselekteerde generalis om beter te doen.
    00:21:53.24 Nou, as jy na al vier uitdagingsgashere kyk, is daar 'n wonderlike vermoë vir die data om
    00:22:00.21 lyk baie soortgelyk, maak nie saak wat die uitdaginggasheer was wat ons lukraak hierby aangegaan het nie
    00:22:05.18 eksperiment gebruik.
    00:22:07.02 En vir my is dit fassinerend, want dit dui aan dat daar skaars iets is van wat
    00:22:11.22 'n mens sou genotipe-vir-omgewing interaksie noem.
    00:22:14.22 Dit moet te wyte wees aan die vermoë van hierdie virusse om bloot op iets nuuts te groei,
    00:22:20.17 en dit is nie regtig die interaksie met daardie nuwe ding nie, dit is net dat hulle beter kan groei
    00:22:25.02 oor iets wat hulle uitgedaag is om te besmet.
    00:22:27.07 So, dit verskaf goeie bewyse in vier ewekansig gekose uitdagings wat veralgemeners gekies het
    00:22:33.21 kan baie beter groei op 'n nuwe gasheer waarmee jy hulle aanbied, en dit gee ons 'n bietjie
    00:22:38.13 meer insig oor wat die wortel van die ontstaansprobleem kan wees.
    00:22:42.16 Maar ek het jou nie regtig vertel hoekom nie -- hoekom gebeur dit?
    00:22:48.10 Waarom is dit dat hierdie geselekteerde generaliste eintlik makliker op 'n meganistiese vlak na vore kom?
    00:22:53.20 Hier het ons gekyk na die vermoë, die aangebore immuunvermoë, van seltipes, en of
    00:22:59.24 geselekteerde generaliste het hierdie lyn van immuniteit ingesleutel en hul pad navigeer
    00:23:05.24 daardeur, en as hulle 'n algemene vermoë het om dit te doen, en dit behoort te dra
    00:23:10.22 oor na ander tipe uitdagings, selfs al sou daardie tipe uitdaging uit 'n
    00:23:15.08 verskillende spesies.
    00:23:16.16 So, dit is 'n baie gedetailleerde diagram, maar dit wys sommige van die innerlike werkinge by die
    00:23:21.11 sellulêre vlak van iets waarmee jy gebore is.
    00:23:24.22 Dit is die aangebore immuunvermoë van jou selle wat, wanneer hulle 'n indringer sien, soos
    00:23:29.22 'n virus, dat hulle 'n kaskade van gebeure op sellulêre vlak sal kan ondergaan
    00:23:35.13 wat hulle beskerming teen daardie virusinfeksie gee.
    00:23:39.00 En, interessant genoeg, kan die seine uitgaan na selle wat naby in die weefselbuurt is
    00:23:45.14 om hulle beter te beskerm teen daardie virus, voordat die virus selfs in staat is
    00:23:51.08 om genoeg te repliseer om by daardie seltipes uit te kom.
    00:23:53.24 Nou, dit is 'n wonderlike vermoë om immuun teen 'n patogeen te wees, dat jy dit moet onthou
    00:24:00.00 is jou aangebore immuniteit.
    00:24:02.13 Aanpasbare immuniteit, waarmee mense baie meer vertroud is, is iets wat plaasvind
    00:24:06.08 baie langer termyn, en dit neem weke of selfs langer dat jy 'n patogeen sien en jy klim
    00:24:11.00 'n immuunrespons op die uniekheid daarvan.
    00:24:13.07 Hier is dit net 'n algemene ding wat patogeeninfeksies beheer.
    00:24:18.06 Dus, voor ek verder gaan, sal ek sê dat die VSV M-proteïen, of die matriksproteïen, bekend is
    00:24:25.09 om die ding te wees wat interaksie het met die kapasiteit van 'n sel om sy anti-immuunrespons te produseer
    00:24:31.11 vir virusinfeksie, veral interferon.
    00:24:34.06 So, gewoonlik gaan hierdie sel interferon produseer as een van hierdie sleutelchemikalieë wat
    00:24:39.09 beskerm dit, en seine gaan uit en interferonproduksie vind plaas in ander selle in die weefsel
    00:24:44.18 om hulle te beskerm, maar VSV, as 'n virus, kan 'n sel besmet en daardie reaksie afreguleer.
    00:24:53.05 En dit help ons om selfs te verduidelik hoe ons selfs die vorige eksperiment gedoen het.
    00:24:56.19 VSV het 'n groot kapasiteit, net soos 'n virus, om in 'n verskeidenheid seltipes te groei, want
    00:25:03.18 dit kan hierdie reaksie reguleer.
    00:25:06.08 Dit kan egter wees dat virusse soos VSV hoogs veralgemeen is wanneer hulle tussen gashere beweeg
    00:25:14.18 omdat hulle daardie immuniteitskaskade behoorlik reguleer.
    00:25:19.15 So, sonder baie besonderhede, is dit 'n hipotetiese idee van hoe dit kan gebeur, en wat 'n mens moet
    00:25:25.24 verwag.
    00:25:26.24 Laat ons ons voorstel dat die vorige seleksie geskiedenis van een of ander virus of ander patogeen, hierdie
    00:25:32.19 vertel sy fiksheid, as gevolg van daardie vorige evolusie, in terme van of dit gasheer gesien het
    00:25:38.22 tipes wat van lae of hoë aangebore immuniteit is.
    00:25:41.23 Dus, in ons vorige eksperiment het ek in blou uitgelig hoe hierdie spesialisvirusse presteer
    00:25:48.12 baie goed op HeLa-selle, maar ek het jou nie 'n belangrike stukkie inligting oor baie vertel nie
    00:25:54.15 van kankerselle, insluitend HeLa-selle.
    Hulle het 'n baie lae of heeltemal afwesige aangebore immuniteit.
    00:26:01.00 So, wat in daardie eksperiment gebeur het, is waarskynlik dat die geslagte van virusse ontwikkel het tot
    00:26:06.03 'n seltipe besmet waar hulle glad nie hoef te bekommer oor aangebore immuniteit nie
    00:26:10.17 as 'n uitdaging om in die seltipe te besmet en te groei.
    00:26:14.00 So, dit het waarskynlik gelei tot de-evolusie, of die verwydering van die kapasiteit vir daardie virusse
    00:26:20.09 om aangebore immuniteit te beheer.
    00:26:22.00 Hulle het dit eenvoudig nie nodig gehad nie.
    00:26:24.05 En toe, toe jy hulle uitgedaag het om op 'n nuwe gasheertipe te groei, is hulle baie gestremd
    00:26:28.19 om dit te doen omdat hulle nie die vermoë het om die aangebore immuniteitsfunksies binne na te spoor nie
    00:26:33.08 'n sel.
    00:26:34.09 Terwyl virusse noodwendig in ons eksperiment hoë en lae aangebore immuniteit kon sien,
    00:26:40.24 omdat ons kanker-afgeleide sowel as nie-kanker-afgeleide selle gebruik het, so hulle het gebly
    00:26:45.13 in staat om deur beide seltipes te navigeer, en wanneer hulle 'n nuwe seltipe sien, kan hulle
    00:26:50.15 op die grond geslaan.
    00:26:52.06 Dus, belangrik, 'n mens kan dink aan beide afwisselende gashere as, noodwendig, in ons eksperiment,
    00:26:59.17 hierdie kapasiteit te behou, maar dit kon ook gewees het, en ons het werk soos hierdie gedoen. as
    00:27:04.08 jy neem virusse afstammelinge en jy groei hulle net op gashere met hoë aangebore immuniteit, jy kry
    00:27:09.16 'n baie soortgelyke kapasiteit vir hulle om sterk groei te handhaaf, ongeag seltipe.
    00:27:15.15 So, ons het beide goeie nuus en slegte nuus in die voorspelling van opkoms.
    00:27:19.21 Ons het die vermoë vir geselekteerde generaliste om aangebore selfunksie in te voer en te navigeer
    00:27:25.09 verskeie seltipes, en jy sou verwag dat hulle na vore sou kom, maar hulle hoef dit nie te doen nie.
    00:27:30.03 Hulle kon nog steeds suksesvol na vore kom deur 'n gekorreleerde reaksie.
    00:27:34.00 Dus, die volgende vraag wat ek wil dek, is of die omgewingsverandering wat aangebied word
    00:27:40.17 vir virusse bevorder of beperk hul aanpassing.
    00:27:44.05 So, nou, dit is 'n soortgelyke diagram wat ek jou voorheen gewys het, maar let op dat ek nou insluit
    00:27:48.17 'n ander soort uitdaging.
    00:27:50.19 Hier is waar die afstamming min of meer 'n stogastiese stel omgewings deur die tyd sien.
    00:27:56.03 Met ander woorde, dit beweeg van omgewing na omgewing, maar dit lyk nie of
    00:28:00.13 enige patroon wees vir wat dit. wat daardie omgewings bied, reg?
    00:28:04.10 Dus, hierdie word as aparte kleure in hierdie diagram getoon om te illustreer hoe een of ander virus
    00:28:09.10 geslagte sal dalk deur baie verskillende omgewings moet navigeer, en 'n mens kan skep
    00:28:14.02 'n eksperiment wat sê, wel, sal hierdie kampvegters van aanpassings steeds in staat wees om
    00:28:19.12 suksesvol deur so 'n komplekse stel omgewings te navigeer en veralgemeen te word?
    00:28:24.20 Of is dit net eenvoudig te veel en, selfs in kampioene van aanpassing soos RNA-virusse,
    00:28:30.08 sal hulle beperk word en nie in staat is om dit te doen nie?
    00:28:34.04 Dit hou eintlik op een of ander manier verband met sekere modelle wat uit klimaatsverandering kom, waar
    00:28:40.02 die voorspelling is. regtig, die fundamentele probleem vir ontwikkelende afstammelinge in klimaatsverandering
    00:28:46.05 is dat stogastisiteit van die omgewing belangriker word.
    00:28:50.07 Die omgewing word eenvoudig meer veranderlik deur die tyd en dit sal moeiliker wees vir geslagte
    00:28:54.21 om daardie veranderinge op te spoor.
    00:28:56.23 Wel, dit behoort interessant te wees om te sien of virusse dit suksesvol kan doen, want,
    00:29:02.10 as hulle nie kan nie, dan voorspel dit baie slegte nuus vir ander organismes wat 'n baie
    00:29:07.12 stadiger en verminderde vermoë om te ontwikkel in die lig van omgewingsuitdagings.
    00:29:12.11 So, kom ons kyk wat gebeur het.
    00:29:14.20 'n mens kan maklik 'n eksperiment soos hierdie bou, maar eerder as om gasheeruitdagings te skep
    00:29:20.04 deur die tyd, kom ons dink 'n bietjie meer oor daardie klimaatsveranderingmodelle en die
    00:29:24.01 ding wat ons sal manipuleer, is temperatuur deur tyd.
    00:29:26.14 So, in hierdie diagram wys ek vier verskillende behandelingsgroepe wat in 'n eksperiment geskep is,
    00:29:31.24 waar 37 grade Celsius die boonste limiet is, of amper die gewone temperatuur vir
    00:29:37.01 replikasie wat ons in die laboratorium gebruik vir VSV 29 grade Celsius is 'n laer temperatuur,
    00:29:44.00 waar hulle nog kan groei, maar dit is baie laer as 37 C, 8 grade laer en dan het ons
    00:29:49.17 afwisselende afstammelinge wat hierdie twee omgewings op 'n flip-flotting mode sal sien en
    00:29:55.12 dan sluit ons hierdie vierde behandeling in, dit is regtig die intrigerende een.
    00:29:58.21 As jy daardie 8-grade venster neem en jy gaan in die laboratorium in en daag die
    00:30:03.06 virusse om teen enige temperatuur te groei in die 8-grade venster waarop jy lukraak kies
    00:30:07.10 daardie dag, sal dit 'n baie stogastiese omgewing deur die tyd skep.
    00:30:12.00 En hier wil ons weet, oor generasies heen, veral 100 generasies, is daar enige verskil
    00:30:17.09 vermoë van hierdie virusse om goed te ontwikkel in die lig van hierdie uitdaging?
    00:30:22.06 So, ons kan dadelik gaan na die data wat uit hierdie eksperiment gekom het.
    00:30:26.04 En die manier waarop hierdie grafiek werk, is dat dit vir jou wys wat die fiksheid is na 100 generasies
    00:30:30.24 vir elkeen van hierdie geslagte, aan elke rand van die nisruimte?
    00:30:35.02 So, dit is geskets, wat is hul fiksheid by 37 C teenoor hul fiksheid by 29 C?
    00:30:40.24 En die snypunt van daardie punte lei na elke punt op die grafiek.
    00:30:44.11 So, jy sal sien dat die afstammelinge wat in 'n konstante hoë-temperatuur omgewing ontwikkel het
    00:30:49.00 verbeter in daardie omgewing -- met ander woorde, al hul data is regs en bo
    00:30:55.05 die stippellyne op hierdie figuur.
    00:30:57.03 Hulle het beide verbeter in terme van die omgewingsuitdaging wat hulle gesien het -- 37 C -- sowel as 29
    00:31:03.21 C, wat die ander omgewing was wat konstant in hierdie eksperiment was.
    00:31:07.02 Dit is bewys van gekorreleerde seleksie -- jy verbeter in een omgewing en dit laat ook toe
    00:31:12.05 jou om te verbeter in 'n ander omgewing wat jy nie gesien het nie.
    00:31:15.01 Dieselfde het gebeur vir die geslagte wat slegs 29 C as die uitdaging beskou het.
    Interessant genoeg, in groen het ons 'n afwisselende omgewing, waar bevolkings verbeter het, in
    00:31:27.09 sommige gevalle meer as bevolkings wat net 'n konstante omgewing gesien het.
    00:31:32.10 En dit is interessant omdat dit wys dat bevolkings kan verbeter al sien hulle
    00:31:36.11 die uitdaging net die helfte van die tyd as hul eweknieë.
    00:31:40.08 Dit moet wees dat die genetika wat dit onderlê, wat ons in koerante gewys het dat ek nie
    00:31:44.00 vandag, is dat verskillende mutasies verantwoordelik is vir hierdie verbetering in 'n
    00:31:48.09 wisselende omgewing teenoor 'n konstante een, maar in beide gevalle kan jy verbetering hê
    00:31:53.03 relatief tot die voorouer.
    00:31:55.08 Die interessantste in hierdie datastel word in pers getoon, waar al daardie pers punte
    00:31:59.23 en lyne is geleë reg naby die kruising van die stippellyne, wat die voorvaderlike
    00:32:05.10 waardes.
    00:32:06.10 Dit beteken dat die ewekansige behandeling in die pop. in die eksperimentele evolusiestudie.
    00:32:12.09 hierdie geslagte het nie meer verbeter as die voorvaderlike prestasie nie.
    00:32:17.13 Met ander woorde, die stogastisiteit van die omgewing was vir hulle te veel om mee te hanteer, en dit is
    00:32:22.11 slegte nuus in terme van hierdie kampioene van aanpassing.
    00:32:26.08 As hulle nie stogastiese omgewings kan hanteer nie, voorspel dit sleg vir meer komplekse organismes
    00:32:32.20 wat baie stadiger aanpasbare en evolusionêre kapasiteit het -- ons sou nie verwag dat hulle sou floreer nie
    00:32:38.07 óf, of om fiksheid te verbeter, wanneer stogastiese verandering gesien word.
    00:32:43.16 Hierna word in die diagram gewys in terme van die snypunt van die punte, en al
    00:32:47.20 daardie pers punte geleë naby die stippellyne en hul snypunt, as 'n aanduiding van
    00:32:53.22 aanpasbare beperking.
    00:32:56.20 Die volgende vraag sal wees, ontwikkel virusse oorlewing voortplanting afwegings wat ons waarneem
    00:33:01.16 in sellulêre lewe?
    00:33:03.00 Hier wil ons ondersoek of die vermoë om aan te pas op een manier is, en dit is om te produseer
    00:33:09.13 nageslag, is iets wat afbreuk doen aan die vermoë om bloot in die omgewing te oorleef
    00:33:15.02 wanneer dit 'n uitdaging inhou.
    00:33:16.02 Ons het in sellulêre stelsels gesien dat jy nie jou koek kan hê en dit ook kan eet nie, in terme van
    00:33:22.02 hierdie twee uitdagings wat mettertyd verbeter, dat jy óf in oorlewing kan belê óf
    00:33:26.21 voortplanting, maar dikwels het jy 'n onvermoë om in albei gelyktydig te verbeter.
    00:33:31.18 Is dit 'n interessante vraag of dit na die viruswêreld oorgedra word.
    Ons het dit eerste aangespreek in 'n faag genaamd phi-6 wat 'n bakterie bekend as Pseudomonas infekteer.
    00:33:42.01 Pseudomonas syringae.
    00:33:43.10 So, hierdie bakterie is belangrik in plantpatologie -- dit veroorsaak plantsiekte -- maar in die laboratorium
    00:33:50.10 ons gebruik dit bloot om die faag as 'n hulpbron te laat groei, om te ondersoek hoe goed die faag ontwikkel
    00:33:56.12 in omgewings in die laboratorium.
    00:33:58.06 So, dit is 'n RNA-virus, so dit het die vermoë om foutsyfer teen 'n hoë tempo te ondergaan, en
    00:34:05.04 dit laat baie mutasie en vinnige verandering deur tyd toe, en dit het 'n baie tipiese infeksie
    00:34:10.11 siklus, waar dit 'n sel van die bakterie besmet, die sel bars sodat die nageslag vrygestel kan word,
    00:34:16.11 en dan gaan hulle aan en besmet meer selle.
    00:34:18.05 Dit is 'n replikasiesiklus van die litiese fase.
    00:34:21.23 Hierdie prent wys hoe die virus eers selle kan besmet, want die selle het
    00:34:28.24 die strukture wat hulle toelaat om aan blaaroppervlaktes te kleef en, in normale wilde toestande
    00:34:34.22 sou hulle oor die blaar beweeg en in die plant ingaan om infeksie van
    00:34:39.10 die plant.
    00:34:40.10 So, deur die tyd het hierdie virusse die vermoë ontwikkel om daardie strukture te gebruik as die
    00:34:45.08 ding waaraan hulle heg, deur proteïenbinding, om in die sel te kom.
    00:34:49.13 En dit is wat in die diagram gewys word.
    00:34:51.24 Dus, 'n mens kan eers begin deur 'n reaksienorm te ondersoek, of bloot die kapasiteit vir phi-6
    00:34:59.03 om te groei onder omgewingsuitdagings in die laboratorium, en, alhoewel daardie uitdagings
    00:35:03.14 kan verbasend kort wees, net vyf minute lank in terme van hitteskok, hierdie diagram
    00:35:09.14 wys hoe die oorlewing van 'n viruspopulasie van phi-6, relatief tot verskillende hitteskok
    00:35:17.02 temperature, begin 'n hoë graad van mortaliteit ver bo die normale inkubasie inskop
    00:35:22.14 temperatuur in die laboratorium van 25 C. Wanneer jy by waardes groter as 40 C uitkom,
    00:35:29.07 vind dat dit baie impak en skadelik is vir die virusse en hul vermoë om te floreer.
    00:35:34.20 So, dit dui aan hoe, in die afwesigheid van enigiets anders, jy hierdie virus kan neem,
    00:35:40.13 stel dit bloot aan hoë hitte, en as die hitte hoog genoeg is, lei dit tot 'n hoë graad van
    00:35:45.04 sterftes in die virusbevolking.
    00:35:47.17 Sleutel in op beide 45 en 50 C, waar dit omgewings is wat ons gemanipuleer het. gemanipuleer
    00:35:53.22 in die laboratorium om te ondersoek hoe virusse hitteskokke deur die tyd hanteer as hulle
    00:35:59.18 hulle sien, en kan hulle inspeel op hierdie hoë hitte wat lei tot hoë sterftes en word
    00:36:05.16 beter aangepas om te floreer in die lig van hitteskok?
    00:36:10.01 Hierdie is 'n diagram uit 'n onlangse koerant, waar dit bloot vir jou 'n tipiese eksperimentele wys
    00:36:13.22 ontwerp vir 'n studie soos hierdie.
    00:36:16.03 As jy net die virus neem, soos in 'n proefbuis, in die afwesigheid van enige selle, en jy
    00:36:21.03 sit dit in 'n verwarmingsblok sodat dit uitgedaag sal word met vyf minute van hoë hitte,
    00:36:26.04 jy kan dan die virusse neem en hulle onder normale lae hitte toestande laat groei, waar hulle
    00:36:30.13 kan repliseer in die teenwoordigheid van bakterieë, dit alles bymekaarmaak, die selle verwyder, en
    00:36:36.24 hou aan om hulle deur die eksperiment te draai.
    00:36:39.10 Op hierdie manier is ons nie bekommerd oor of hulle, sê, saam met die gasheerbakterieë kan ontwikkel nie.
    00:36:45.14 ons praat meestal oor die ding wat hoë sterftes veroorsaak -- die hitteskok.
    00:36:50.05 Kan hulle daarop inspeel en beter word om te floreer en hierdie waarde te verbeter, wat
    00:36:56.19 wys hulle baie sterk sterftes dat hulle ly onder hoë hitte omgewings?
    00:37:02.01 As ons vinnig na die data van 'n vraestel gaan waar ons so 'n eksperiment gedoen het, vind ons dat termiese
    00:37:07.16 verdraagsaamheid, of hitteskokseleksie, kan maklik by hierdie virusse voorkom, en dit is 'n aanduiding
    00:37:13.22 van iets wat ons omgewingsrobuustheid sou noem.
    00:37:16.13 So, wat is die vermoë van een of ander bevolking om oor verskillende omgewings te floreer, en
    00:37:22.14 hoë fiksheid handhaaf?
    00:37:24.02 Jy sal sien dat die lyne wat in rooi gewys word, dié wat uit 'n eksperiment gekom het waar
    00:37:28.09 hierdie virus het intermitterende hitteskokke by 50 C gesien, hierdie afstammelinge het heeltemal verbeter
    00:37:36.07 temperatuur, en jy sal dit sien deur 'n statistiese resultaat, dat hulle wel beter groei
    00:37:41.20 as hul voorvaderlike virus by daardie baie hoë temperatuur.
    00:37:45.05 Nou, dit is nie asof hulle absolute vermoë het om daardie hitteskok af te haal nie, maar hulle doen
    00:37:50.07 groter kapasiteit het om dit te doen.
    00:37:52.16 En, interessant genoeg, kan jy sien hoe daar 'n groot effek is by die laer temperature, wat
    00:37:57.15 verneder gewoonlik die wilde tipe of onontwikkelde virus, en nou is hierdie geslagte wat
    00:38:03.04 gesien net 50 C het 'n groot kapasiteit om te floreer by baie, baie warm temperature en insluitend
    00:38:10.01 die hoogste temperatuur wat hulle in die eksperiment gesien het.
    00:38:13.17 Hoe gebeur dit?
    00:38:15.10 Ons het verskeie eksperimente van hierdie tipe gedoen en altyd, vir hierdie virus, dieselfde sleutelmutasie
    00:38:21.06 is die eerste een en die belangrikste een wat daartoe lei dat termiese toleransie ontwikkel.
    00:38:28.01 phi-6 het 'n genoom wat opgedeel is in drie verskillende segmente genoem groot, medium en
    00:38:33.05 klein.
    00:38:34.05 In hierdie diagram wys dit hieronder dat ons weet wat al die gene is en ons weet basies
    00:38:37.12 wat hul funksies.
    00:38:39.04 En hier het ons 'n diagram, 'n deursnit, van die virusliggaamplan wat jou wys dat
    00:38:43.20 dit. al daardie nukleïensuur is in die middel van die virus en dit word omring deur 'n proteïen
    00:38:48.23 dop.
    00:38:49.23 Maar, uh. cystovirusse -- dit is die familie waaraan phi-6 behoort -- hulle is 'n bietjie
    00:38:54.20 anders as ander bakteriofage deurdat hulle 'n lipiedlaag om die hele dop het.
    00:39:00.12 So, dit is 'n redelik uitgebreide liggaamsplan vir 'n faag, maar ek wil eintlik net hê jy moet verstaan
    00:39:06.01 dat die sleutelmutasie wat termiese verdraagsaamheid bied altyd eerste op die
    00:39:11.06 klein segment, en dit lyk altyd of dit in hierdie lisiengeen aankom, wat ons is. gaan na
    00:39:16.24 verantwoordelik wees vir virusdeeltjies wat beide in en uit die sel kom, en dit is altyd die
    00:39:23.00 dieselfde mutasie, V207F.
    00:39:26.04 Dit is 'n aminosuurvervanging waaroor ek verder sal praat.
    00:39:29.24 V207F blyk die sleutelmutasie te wees wat die virusse altyd toelaat om termiese verdraagsaamheid te ontwikkel.
    00:39:36.13 En meganisties maak dit sin, want as jy na die struktuur van hierdie lisien kyk
    00:39:42.03 proteïen, 'n baie belangrike ensiem, fenielalanien as 'n aminosuurvervanging vul 'n hidrofobiese
    00:39:49.06 sak, en dit maak die proteïen meer stabiel onder hoë hitte.
    00:39:53.22 So, dit is net een mutasie wat inkom, maar dit het groot betekenis vir die ding
    00:39:59.10 wat hoë mortaliteit in die virusbevolkings veroorsaak.
    00:40:03.03 Dit is 'n baie eenvoudige verduideliking van hoe 'n enkele aminosuurvervanging kan lei tot 'n diepgaande
    00:40:09.15 vermoë om te floreer onder 'n sleutel omgewingsuitdaging.
    00:40:12.19 So, nou, ek sal praat oor hoe die voortplanting vir hierdie virus beïnvloed word -- alhoewel
    00:40:20.15 die sleutelmutasie het beter oorlewing moontlik gemaak, dit benadeel voortplanting.
    00:40:25.00 So, as ons kyk, hoe floreer hierdie V207F-mutant in 'n gewone omgewing, 25 C, en
    00:40:33.03 sy vermoë om op bakterieë te groei, wys hierdie diagram eerstens hoe die plate. in ander
    00:40:38.22 woorde, wanneer jy 'n virus neem en jy groei dit op 'n bakteriese grasperk, wat die agtergrond is
    00:40:44.15 in hierdie diagram in wit, elkeen van die deeltjies, as hulle die grasperk onafhanklik tref,
    00:40:49.18 hulle sal 'n sel besmet en die nageslag sal daardie sel verlaat, buurselle besmet
    00:40:54.23 en uiteindelik sal jy hierdie gat in die bakteriese grasperk kry wat 'n plaak genoem word.
    00:40:58.17 Wel, iets interessants gebeur wanneer jy kyk na die morfologie van die plate van die
    00:41:03.03 wilde tipe virus, wat hitte-sensitief is, teenoor hierdie V207F mutant wat hitte-verdraagsaam is.
    00:41:09.19 In alle gevalle maak die V207F-mutant hierdie vreemde gedenkplaat wat 'n bul se oog het.
    00:41:16.11 bul se oog morfologie daaraan.
    00:41:18.09 So, dit moet wees dat selle gemis het om besmet en doodgemaak te word aangesien daardie gedenkplaat geproduseer is op
    00:41:25.10 die grasperk, anders sou dit nie daardie gryserige voorkoms hê nie.
    Met ander woorde, dit is nie so effektief om selle dood te maak nie, al is dit termies verdraagsaam.
    00:41:34.07 Dit word in die staafgrafiek getoon, hier, waar die seleksiekoëffisiënt of "klein s" wat
    00:41:39.13 word geassosieer met hierdie een mutasie het 'n groot skadelike waarde onder normale groei
    00:41:45.20 toestande.
    00:41:46.21 Die wilde-tipe relatief tot homself groei natuurlik ewe goed so ons gee dit 'n waarde van
    00:41:52.03 1, terwyl die waarde vir die termies-tolerante mutant 'n waarde baie, baie laer as 1 is,
    00:41:58.12 en het 'n negatiewe seleksiekoëffisiënt van 0.25.
    00:42:03.00 In vergelyking met die data wat ek jou vroeër gewys het, is dit baie duidelik dat 'n lewensgeskiedenis-afruiling
    00:42:08.04 kom in hierdie virus voor.
    00:42:09.17 Met ander woorde, dit kan óf in beter oorlewing belê, maar die probleem is dat dit lei tot
    00:42:16.17 laer reproduksie.
    00:42:18.11 Dit eggo iets wat ons in sellulêre stelsels sien, met die belegging in enige van die oorlewings
    00:42:23.05 of reproduksie, maar nie albei gelyktydig plaasvind nie.
    00:42:29.07 Dit hou ook verband met 'n vroeëre studie, waar die navorsers bevind het dat as jy net lukraak
    00:42:35.02 neem virusse wat 'n ander bakterie kan besmet -- E. coli -- en jy kyk na wat hulle is
    00:42:40.13 sterftesyfer teenoor hul vermenigvuldigingskoers, en jy teken dit op dieselfde grafiek,
    00:42:45.17 daar is 'n redelik ongelooflike verhouding vir hierdie virusse wat hulle in hul
    00:42:49.20 bestudeer of in hul studie gebruik word om te wys dat hierdie eienskappe hoogs gekorreleer is met een
    00:42:55.13 'n ander.
    00:42:56.13 So, óf hierdie virusse wat hulle bestudeer het, het goed gegroei en swak oorleef, óf 'n hoë
    00:43:01.09 sterftesyfer, of hulle het swak gegroei en beter oorleef.
    00:43:05.10 Dus, dit wys dat as jy net na virusse van die natuurlike omgewing kyk en jy kyk
    00:43:11.13 by hul verhouding vir oorlewing versus voortplanting, toon hulle 'n groot verskil,
    00:43:16.22 en hulle val langs hierdie lyn.
    00:43:18.24 Jy kan dink dat ons eksperiment enige virus op hierdie lyn geneem het, en kan
    00:43:23.17 jy beweeg dit op of af in die lyn deur 'n eksperimentele evolusiestudie, en dit is presies
    00:43:27.24 wat ons gedoen het.
    00:43:28.24 Dus, die oorlewingsreproduksie-uitruil geld, en jy kan hulle op en af ​​beweeg in die lyn
    00:43:33.24 as jy die omgewing op die regte manier afwissel.
    00:43:36.16 So, die gedenkplaat wat ek jou voorheen gewys het, is 'n redelik vreemde morfologie.
    00:43:43.19 En daar is eintlik. al het mense ou mikrobiologiese metodes gebruik om die
    00:43:47.16 huidige dag, is die vermoë om gedenkplate te visualiseer iets wat terugdateer na ten minste
    00:43:52.23 die 1940's, so dit is 'n ou metode, en tog weet ons eintlik nie baie wiskundig nie.
    00:43:58.15 As jy 'n model bou oor hoe 'n gedenkplaat vorm, is dit steeds 'n redelik groot uitdaging
    00:44:03.04 aan wiskundige bioloë.
    00:44:05.05 Die driedimensionaliteit waarin hierdie gedenkplaat groei, op 'n agar-oppervlak, is iets
    00:44:10.07 dit. dit is baie moeilik om wiskundig te beskryf.
    00:44:12.13 En veral as 'n mens deur 'n tydverloop-film van hierdie tipe bul-oog-plate kyk
    00:44:19.02 vorm, is dit 'n baie vreemde morfologie wat dit moeilik is om te verstaan ​​hoe sommige selle
    00:44:24.19 word aanvanklik doodgemaak, en dan is daar baie selle wat nie doodgemaak word nie, en dan.
    00:44:29.10 en dan word meer selle doodgemaak, ensovoorts, om tot so 'n komplekse morfologie te lei.
    00:44:33.13 Ek sou sê dat dit steeds 'n voortdurende uitdaging is om eenvoudig te beskryf hoe gedenkplate
    00:44:38.07 vorm, wiskundig en meganisties.
    00:44:40.22 In hierdie voorbeeld van ons eksperiment kan selfs een mutasieverandering tot baie verskillende
    00:44:46.00 morfologie wat 'n selfs groter uitdaging bied om te beskryf.
    00:44:50.08 So, nou kan ons dink aan die virusse en die manier waarop hulle uitdagings in die
    00:44:57.12 natuurlike wêreld aangesien, ja, hulle het 'n wonderlike vermoë om uitdagings te sien en dit te oorkom.
    00:45:05.01 So, ons vrees die opkoms van virusse as iets wat steeds 'n uitdaging vir mense sal wees,
    00:45:11.23 mak spesies, wat bedreigde spesies bewaar. al hierdie ryke word bedreig
    00:45:17.24 deur die opkoms van virusse wat inkom en vernietiging aanrig.
    00:45:21.14 Daar is egter sekere omgewings waar hierdie kampvegters van aanpassing eenvoudig nie kan nie
    00:45:26.11 maak dit.
    00:45:27.12 Dus, in ooreenstemming met sekere klimaatsverandering.
    00:45:29.14 klimaatsveranderingmodelle, ons het omgewingsverandering deur tyd as iets wat kan
    00:45:33.16 virus-evolusie beperk, en sommige van die fundamentele afwykings wat ons in sellulêre
    00:45:38.13 stelsels, veral oorlewing versus voortplanting, dra selfs oor na organismes wat nie
    00:45:45.07 metabolisme ondergaan -- die virusse -- so dit is nie net dat hulle energie in een skuif nie
    00:45:49.16 ding of 'n ander ding.
    00:45:51.01 Dit wys jou meer van 'n fundamentele kloof in die biologiese wêreld van, kan jy belê
    00:45:55.20 in oorlewing versus voortplanting, en wegkom met 'n mede-belegging in albei van hulle?
    00:46:00.07 En dit lyk of dit nie die geval is nie.
    00:46:02.10 So, ek wil graag afsluit deur erkenning te gee aan die mense wat hierdie werk gedoen het.
    00:46:06.11 Ek het baie van die werk wat deur my huidige laboratoriumgroep gedoen is, sowel as vorige laboratoriumlede ingesleutel
    00:46:10.24 saam met wie ek die plesier gehad het.
    00:46:12.20 Ek het fantastiese mentors en medewerkers regoor die wêreld gehad.
    00:46:17.16 En ek moet hulle innig bedank vir hul toewyding aan die eksperimente om die
    00:46:21.13 data wat in ons koerante beland het.
    00:46:23.22 Ek kan ook die befondsers bedank vir die werk, NSF en sy programme soos die BEACON-sentrum
    00:46:31.09 vir eksperimentele evolusie, sowel as NIH, Yale Universiteit, en niewinsorganisasies soos die
    00:46:38.02 Project High Hopes Foundation het sleutelfondse verskaf vir al die werk wat ek jou gewys het
    00:46:43.15 vandag.


    Abstrak

    Virusse is verreweg die volopste 'lewensvorme' in die oseane en is die reservoir van die meeste van die genetiese diversiteit in die see. Die geraamde 10 30 virusse in die see, as dit van die ene tot die ander gestrek word, sal verder strek as die naaste 60 sterrestelsels. Elke sekonde vind ongeveer 10 23 virusinfeksies in die see plaas. Hierdie infeksies is 'n groot bron van sterftes en veroorsaak siektes in 'n reeks organismes, van garnale tot walvisse. As gevolg hiervan beïnvloed virusse die samestelling van mariene gemeenskappe en is dit 'n groot krag agter biogeochemiese siklusse. Elke infeksie het die potensiaal om nuwe genetiese inligting in 'n organisme of nageslagvirus in te voer, en sodoende die evolusie van beide gasheer- en virale samestellings aan te dryf. Die ondersoek van hierdie groot reservoir van genetiese en biologiese diversiteit lei steeds opwindende ontdekkings op.


    Die volgende generasie batterye kan deur virusse gebou word

    Om hierdie artikel te hersien, besoek My Profiel en Bekyk dan gestoorde stories.

    Virusse se eienskappe kan vir nano-ingenieurswese aangeneem word deur hul DNA selektief te herprogrammeer sodat dit as 'n steier vir materiale wat in battery-elektrodes gebruik word, funksioneer. Illustrasie: Casey Chin

    Om hierdie artikel te hersien, besoek My Profiel en Bekyk dan gestoorde stories.

    In 2009 het MIT bio-ingenieurswese professor Angela Belcher na die Withuis gereis om 'n klein battery te demonstreer vir president Barack Obama, wat net twee maande in sy eerste ampstermyn was. Daar is nie baie batterye wat 'n gehoor by die leier van die vrye wêreld kan kry nie, maar dit was nie jou alledaagse kragsakkie nie. Belcher het virusse gebruik om 'n litiumioonbattery se positiewe en negatiewe elektrodes saam te stel, 'n ingenieursdeurbraak wat belowe het om die toksisiteit van die batteryvervaardigingsproses te verminder en hul werkverrigting te verbeter. Obama was besig om voor te berei om $2 miljard se befondsing vir gevorderde batterytegnologie aan te kondig, en Belcher se muntsel het gewys op wat die toekoms kan inhou.

    ’n Dekade nadat Belcher haar battery by die Withuis gedemonstreer het, het haar virale monteringsproses vinnig gevorder. Sy het virusse gemaak wat met meer as 150 verskillende materiale kan werk en gedemonstreer dat haar tegniek gebruik kan word om ander materiale soos sonselle te vervaardig. Belcher se droom om rond te rits in 'n "virus-aangedrewe motor" het steeds nie waar geword nie, maar na jare se werk is sy en haar kollegas by MIT op die punt om die tegnologie uit die laboratorium en na die regte wêreld te neem.

    As die natuur se mikroskopiese zombies, lê virusse oor die skeiding tussen die lewendes en die dooies. Hulle is vol DNA, 'n kenmerk van alle lewende dinge, maar hulle kan nie voortplant sonder 'n gasheer nie, wat hulle van sommige definisies van lewe diskwalifiseer. Maar soos Belcher gedemonstreer het, kan hierdie eienskappe vir nano-ingenieurswese aangeneem word om batterye te vervaardig wat verbeterde energiedigtheid, leeftyd en laaitempo het wat op 'n eko-vriendelike manier vervaardig kan word.

    "Daar was groeiende belangstelling in die batteryveld om materiale in nanostruktuurvorm vir batteryelektrodes te verken," sê Konstantinos Gerasopoulos, 'n senior navorsingswetenskaplike wat op gevorderde batterye by Johns Hopkins Toegepaste Fisika-laboratorium werk. “Daar is verskeie maniere waarop nanomateriale met konvensionele chemietegnieke gemaak kan word. Die voordeel van die gebruik van biologiese materiale, soos virusse, is dat dit reeds in hierdie 'nano'-vorm bestaan, so dit is in wese 'n natuurlike sjabloon of steier vir die sintese van batterymateriaal.

    Die natuur het baie maniere gevind om nuttige strukture uit anorganiese materiale te bou sonder die hulp van virusse. Belcher se gunsteling voorbeeld is die perlemoenskulp, wat hoogs gestruktureer op die nanoskaal, liggewig en stewig is. Oor die proses van tienmiljoene jare het die perlemoen so ontwikkel dat sy DNA proteïene produseer wat kalsiummolekules uit die mineraalryke wateromgewing onttrek en dit in geordende lae op sy liggaam neerlê. Die perlemoen het nooit by die bou van batterye uitgekom nie, maar Belcher het besef dieselfde fundamentele proses kan in virusse geïmplementeer word om nuttige materiaal vir mense te bou.

    "Ons het biologie ontwerp om nanomateriale te beheer wat nie normaalweg biologies gekweek word nie," sê Belcher. "Ons het biologie se gereedskapstel uitgebrei om met nuwe materiale te werk."

    Belcher se virus van keuse is die M13-bakteriofaag, 'n sigaarvormige virus wat in bakterieë repliseer. Alhoewel dit nie die enigste virus is wat vir nano-ingenieurswese gebruik kan word nie, sê Belcher dit werk goed omdat sy genetiese materiaal maklik is om te manipuleer. Om die virus op te roep vir elektrodeproduksie, stel Belcher dit bloot aan die materiaal wat sy wil hê dit moet manipuleer. Natuurlike of gemanipuleerde mutasies in die DNA van sommige van die virusse sal veroorsaak dat hulle aan die materiaal vashaak. Belcher onttrek dan hierdie virusse en gebruik dit om 'n bakterie te besmet, wat lei tot miljoene identiese kopieë van die virus. Hierdie proses word oor en oor herhaal, en met elke iterasie word die virus 'n meer fyn ingestelde battery-argitek.

    Belcher se geneties gemanipuleerde virusse kan nie 'n battery-anode van 'n katode onderskei nie, maar hulle hoef nie. Hul DNA is net geprogrammeer om 'n eenvoudige taak te doen, maar wanneer miljoene virusse dieselfde taak saam verrig, produseer hulle 'n bruikbare materiaal. Byvoorbeeld, die geneties-gemodifiseerde virus kan ontwerp word om 'n proteïen op sy oppervlak uit te druk wat kobaltoksieddeeltjies lok om sy liggaam te bedek. Bykomende proteïene op die oppervlak van die virus lok al hoe meer kobaltoksieddeeltjies. Dit vorm in wese 'n kobaltoksied nanodraad gemaak van gekoppelde virusse wat in 'n battery-elektrode gebruik kan word.

    Belcher se proses pas DNS-volgordes met elemente op die periodieke tabel om 'n versnelde vorm van onnatuurlike seleksie te skep. Om die DNA op een manier te kodeer kan veroorsaak dat 'n virus aan ysterfosfaat vashaak, maar as die kode aangepas word, sal die virus dalk kobaltoksied verkies. Die tegniek kan uitgebrei word na enige element op die periodieke tabel, dit is net 'n kwessie van die DNS-volgorde vind wat daarby pas. In hierdie sin is wat Belcher doen nie so ver van die selektiewe teling wat deur hondeliefhebbers gedoen word om honde te skep met gewenste estetiese eienskappe wat onwaarskynlik sal wees om ooit in die natuur te verskyn nie. Maar in plaas daarvan om poedels te teel, teel Belcher batterybou-virusse.

    Belcher het haar virale samestellingstegniek gebruik om elektrodes te bou en dit in 'n reeks verskillende batterytipes te implementeer. Die sel wat sy vir Obama gedemonstreer het, was 'n standaard litium-ioon muntsel soos jy dalk in 'n horlosie kan kry en is gebruik om 'n klein LED aan te dryf. Maar vir die grootste deel het Belcher elektrodes gebruik met meer eksotiese chemie soos litium-lug- en natrium-ioonbatterye. Die rede, sê sy, is dat sy nie veel sin daarin gesien het om te probeer meeding met die goed gevestigde litiumioonprodusente nie. "Ons probeer nie met huidige tegnologie meeding nie," sê Belcher. "Ons kyk na die vraag: 'Kan biologie gebruik word om sommige probleme op te los wat tot dusver nie opgelos is nie?'

    Een belowende toepassing is om die virusse te gebruik om hoogs geordende elektrodestrukture te skep om die pad van 'n ioon te verkort terwyl dit deur die elektrode beweeg. Dit sal die battery se laai- en ontladingstempo verhoog, wat "een van die 'heilige grale' van energieberging is," sê Paul Braun, direkteur van die Materiaalnavorsingslaboratorium aan die Universiteit van Illinois. In beginsel, sê hy, kan virale samestelling gebruik word om die struktuur van battery-elektrodes aansienlik te verbeter en hul laaitempo's te verhoog.

    Tot dusver het Belcher se viraal saamgestelde elektrodes 'n wesenlike ewekansige struktuur gehad, maar sy en haar kollegas werk daaraan om die virusse in meer geordende reëlings te lok. Nietemin het haar virusaangedrewe batterye net so goed of beter gevaar as dié met elektrodes wat met tradisionele vervaardigingstegnieke gemaak is, insluitend verbeterde energiekapasiteit, sikluslewe en laaitempo. Maar Belcher sê die grootste voordeel van virale samestelling is dat dit eko-vriendelik is. Tradisionele elektrodevervaardigingstegnieke vereis werk met giftige chemikalieë en hoë temperature. Al wat Belcher benodig is die elektrodemateriaal, kamertemperatuurwater en sommige geneties gemanipuleerde virusse.

    "Iets waarop my laboratorium nou heeltemal gefokus is, probeer om die skoonste tegnologie te kry," sê Belcher. Dit sluit in die inagneming van dinge soos waar die ontginde materiaal vir elektrodes verkry word, en die afvalprodukte wat deur die vervaardiging van die elektrodes geproduseer word.

    Belcher het nog nie die tegnologie na die mark gebring nie, maar sê sy en haar kollegas het verskeie referate onder hersiening wat wys hoe die tegnologie vir energie en ander toepassings gekommersialiseer kan word. (Sy het geweier om in die besonderhede in te gaan.)

    Toe Belcher die eerste keer voorgestel het dat hierdie DNS-gedrewe monteerlyne ingespan kan word om nuttige dinge vir mense te bou, het sy baie skeptisisme van haar kollegas teëgekom. "Mense het vir my gesê ek is mal," sê sy. Die idee lyk nie meer so vergesog nie, maar om die proses uit die laboratorium en in die regte wêreld in te neem, was uitdagend. "Tradisionele batteryvervaardiging gebruik goedkoop materiale en prosesse, maar ingenieursvirusse vir werkverrigting en die oplossing van skaalbaarheidskwessies sal jare se navorsing en gepaardgaande koste verg," sê Bogdan Dragnea, 'n professor in chemie aan die Indiana Universiteit Bloomington."Ons het eers onlangs begin om die potensiële virus-gebaseerde materiale te verstaan ​​vanuit 'n fisiese eienskappe perspektief."

    Belcher het reeds twee maatskappye gestig op grond van haar werk met virale samestelling. Cambrios Technologies, wat in 2004 gestig is, gebruik 'n vervaardigingsproses wat deur virusse geïnspireer is om die elektronika vir raakskerms te bou. Haar tweede maatskappy, Siluria Technologies, gebruik virusse in 'n proses wat metaan omskakel na etileen, 'n gas wat wyd in die vervaardiging gebruik word. Op 'n stadium het Belcher ook virusse gebruik om sonselle saam te stel, maar die tegnologie was nie doeltreffend genoeg om met nuwe perovskiet-sonselle mee te ding nie.


    Materiaal en metodes

    IAV-volgordedatavoorbereiding.

    Ons het alle IAV vollengte volgordes van mense, voëls en varke versamel wat die H1, H2 en H5 subtipes van HA en die N1 subtipe van NA kodeer. Identiese volgordes en skynbare rekombinante en ander problematiese volgordes is uitgesluit. Vir elke geen is 'n subset van rye van 'n grootte wat vatbaar is vir molekulêre klokontledings (~300 rye) gemonster, wat die meeste basale rye in die hoofklades bewaar het en die aantal oorverteenwoordigde onlangse rye verminder het sodat monsterneming oor verskillende jare redelik eweredig was . Omdat die effektiewe monsternemingstyd van post-1977 tot pre-2009 menslike H1N1 27 jaar vroeër as die werklike monsternemingsdatum is, het ons die datums dienooreenkomstig verskuif (10). Die vollengte vark- en menslike IAV-volgordes van die belynings van die PB2-, PB1-, PA-, NP-, M1/2- en N1/2-gene van 'n studie deur Worobey et al. (10) is gebruik vir die ontledings opgesom in SI Bylae, Fig. S9 en S10.

    Filogenetiese ontledings.

    Ons het hierdie IAV-belynings met die HSLC-model ontleed soos beskryf (10) deur gebruik te maak van 'n Gaussiese Markov ewekansige veld Bayesiaanse skyride samevloeiende boom voor en 'n algemene tyd omkeerbare + gamma substitusie model. Elke hoofgasheergroep is sy eie koers in die HSLC-model toegelaat. Vir die ontleding van die H1-, H2- en H5-subtipes is aanvaar dat al die voëlreekse teen dieselfde tempo ontwikkel of is onafhanklike tempo's toegelaat, met soortgelyke resultate in elke geval (SI Bylae, Fig. S14) die menslike H2 en menslike H1 klades is hul eie tariewe toegelaat. Ons het in die meeste gevalle ontledings vir 50 miljoen stappe gedoen en Tracer v1.5 gebruik om effektiewe steekproefgrootte waardes >200 te verseker. Ons het TreeAnnotator gebruik om MCC-bome af te lei en te annoteer. Om die robuustheid van die diep, pre-1918 divergensietyd van die menslike H1-lyn, sowel as die groepering van die 1918-reekse met die klassieke varkgriep-lyn eerder as met die post-pandemiese seisoenale menslike H1N1-lyn, te toets, het ons verskeie bykomende ontledings van H1 datastelle. Hierdie ontledings het ingesluit (ek) uitsluiting van die 189-nt HA-fragmente van 1918, sowel as laboratoriumstamme van IAV van beide mense en varke uit die 1930's (ii) submonsterneming hoogstens een volgorde per gasheerlyn per jaar (iii) submonsterneming slegs reekse gemonster voor die uitsterwing van H1N1 in 1957 (iv) aparte ontleding van die HA-stronkdomein (terreine 1–150 en terreine 921–1 698) en (v) analise wat slegs die 565 derdeposisie-terreine en die subset van 503 stille derdeposisie-terreine insluit. [Ons het MacClade v4.08a (50) gebruik om alle aminosuresubstitusies langs die MCC-boom te visualiseer en dan bepaal watter as gevolg van substitusies by die derde kodonposisie was deur na die genetiese kode en die nukleotiedbelyning te verwys. Eenhonderd dertien van 4 107 derdeposisie-vervangings langs die MCC-boom was nie-sinoniem.]

    U Inhoudontledings.

    Ons het die U-inhoud van die 1918 vergelyk HA en NA volgordes met die omvang wat in voëlvirusse waargeneem word (SI Bylae, Fig. S7). Ons het 'n bogrens geskat op wanneer die 1918 HA volgorde na vore gekom in 'n soogdiergasheer deur gebruik te maak van die benadering beskryf deur Worobey et al. (10), bereken hoe lank 'n reeks wat begin by die gemiddelde U-inhoud onder voëlstamme sal neem om te verhoog tot die U-inhoudwaarde wat in die 1918-reeks waargeneem is, met die veronderstelling dat die tempo van U-inhoudtoename in menslike H3 HA (omdat dit blyk dat die H1-lyn 'n asimptoot tussen 1918 en 1957 nader gekom het). Die algehele H3-substitusietempo (10) is effens hoër as dié van H1 (Fig. 2), so hierdie aanname bied waarskynlik 'n konserwatiewe skatting van die boonste grens (dws as die tempo van U-inhoudtoename in H1 effens laer was as in H3, sou hierdie teenstrydigheid daarop dui dat die toetrede tot mense effens vroeër was as ons skatting van ~1905). Die boonste en onderste reeks skattings is bepaal deur gebruik te maak van die boonste en onderste 95% vertrouensinterval waardes vir die voël U inhoud verspreiding. A P waarde vir 'n toets van die hipotese dat die voël-tot-mens-sprong voor 1918, gebaseer op U-inhoud, bereken is as die proporsie, uit 10 000 herhalings, waarin die jaar wat uit die bogenoemde verspreiding getrek is, groter was as (dws. , gedateer) 1918.

    Toetse vir Adaptive Evolution.

    Ons het die ewekansige effekte tak-site model (51) gebruik vir die opsporing van episodiese diversifiserende seleksie (EDS) in die H1 HA filogenie. Ons het verteenwoordigende reekse van elke gasheerlyn ingesluit om 'n soektog na bewyse van EDS op die tak tussen elke gasheer en binne elke gasheer na vermeende gasheerspronge moontlik te maak (SI Bylae, Fig. S5).

    Toetse van of binne-mens H1 HA Diversiteit kom voor tussen-gasheer-diversiteit in ander gene.

    A P waarde vir 'n toets van die hipotese dat die binne-mens diversiteit van die H1 subtipe van HA dateer voor die mens + varke + voël N1 NA diversiteit is bereken deur 'n datum van die menslike H1 TMRCA posterior digtheid en 'n datum van die multigasheer N1 TMRCA posterior digtheid te trek, en dan die proporsie van 10 000 herhalings te bepaal waarvoor die N1 datum vroeër as die H1 datum was. Dieselfde benadering is gebruik vir toetse of die binne-mens H1 diversiteit die mens + vark diversiteit binne N1 en elk van die interne gene (SI Bylae, Fig. S10) en vir 'n toets of die binne-mens H1 diversiteit voor die mens + vark + voël PB1 diversiteit (SI Bylae, Fig. S9).