Virüsler canlı olabilir mi? Ama nasıl?

Virüsler canlı olabilir mi? Ama nasıl? Virüsler; DNA ya da RNA içeren, bulaşıcı, zorunlu hücre içi parazitlerdir. İçerdikleri bu genetik  materyali ve metabolizmasını aktif olarak kullanabilmesi için bir konakçı hücreye (host) ihtiyaç duyar. Bu yüzden de canlı olup olmadıkları her zaman tartışma konusu olmuştur. Konakçı hücrede genetik materyalini eşleyebilir ve buna bağlı olarak ihtiyacı olan bazı proteinleri sentezleyebilir. Boyutları ise genellikle nanometre ile ifade edilir (10^-9). Virüslerin genel özelliklerini bir tarafa bırakırsak asıl soru virüsleri canlı mı yoksa cansız mı olarak değerlendireceğimizdir? 

Virüslerin genel özellikleri 

Virüslerin dış yapısına baktığımızda genellikle proteinle kaplı bir kılıfla karşılaşırız ve buna kapsit adı  verilir. Bu yapıyı oluşturan hücrelere ise kapsomer, kapsomerleri oluşuran polipeptid zincirleri  şeklindeki alt ünitelere de protomer adı verilir. Genetik bilgi ihtiyacı az olduğundan viral kapsitteki  polipeptidler çeşitlilik göstermezler. Herhangi bir enzim üretmezler ancak girecekleri hücrelerin zarını eritecek enzimleri bulunur. Morfolojilerine baktığımızda farklı şekillere sahip olduklarını görüyoruz. Bunlardan birkaçı; 

Kapside ek olarak bazı virüslerde zarf yapısı bulunur. Bu tarz virüsler zarflı olanlarına göre daha  zararlıdırlar. Çünkü kolay yayılırlar. Zarflı virüsler ise zarf ile kapsid arasında kalan bölgede konak  hücreden alınan proteinler depo edilebilir. Virüslerin genomu genellikle az sayıda genden oluşur.  Küçük virüslerde bu sayı 3-4 gen kadar olabilirken, bazı büyük virüslerde bu sayı 200-300 geni  bulabilir.

Virüsleri neden canlı ya da cansız olarak belirtemiyoruz? 

Virüslerin tanımına baktığımızda zorunlu hücre içi parazitlerdir diyoruz dolayısıyla da bir hücre içinde  girmediği sürece cansızdır diyebiliriz. Ancak hücre içine girdiğinde göstermiş olduğu faaliyetlere  baktığımızda ise canlıdır derseniz yanılmış olmazsınız. Canlılık şartlarına baktığımızda şu maddeleri görmekteyiz;

• Metabolik aktiviteye sahip olma 

• Uyaranlara tepki gösterme 

• Üreme, büyüme ve gelişme 

• Adapte olabilme 

• İç dengeyi (homeostazi) koruma 

• Belirli bir organizasyona sahip olma. 

Bu şartları virüsler ancak konakçı hücreye girdiğinde karşılamaya başlar. Virüsler konakçı hücreye  girdiğinde hücrenin genetik materyalini kendi metabolik faaliyetleri için kullanmaya başlar. Bu sayede  kendine özgü proteinleri üretebildiği gibi genetik mühendisliği çalışmaları ile beraber üretilmek istenen başka bir proteini de üretebilir. Ayrıca konakçı hücre içinde kendi genomunu da replike edebilir. Santral dogma olarak bildiğimiz replikasyon, transkripsiyon ve translasyon aşamalarından geçerek kendi genomunu kopyalarlar. Bu işlem sırasında ihtiyaç duyulan enzimler ve enerji konakçı hücreden sağlanır. Virüsün yapısına göre de ihtiyaç duyulan enzimler değişmektedir. Örneğin DNA virüslerinde replikasyon (eşlenme) adı verilen süreci DNA polimeraz gerçekleştirirken, RNA  virüslerinde bu görevi reverse (ters) transkriptaz üstlenir.

İlgini çekebilir: Bu yapay zeka aracı, virüs mutasyonlarını meydana gelmeden önce tahmin edebiliyor

Ben burada sizlere bilim insanları ve bilimseverlerin kafasını karıştıran başka bir durumdan  bahsedeceğim, “VİROFAJ” terimi. Faj terimini hepiniz duymuşsunuzdur. Faj; kendinden başka bir  canlıyı enfekte eden virüslere verilen isimdir. Eğer bu virüs bakterileri enfekte ediyorsa “bakteriyofaj” adını alır. Peki fajlar virüsleri enfekte edebilir mi? 

Evet, fajlar virüsleri de enfekte edebilir ve “virofaj” adını alır. Virofaj kavramı ilk olarak bilinen tüm  virüslerden en az 3 kat daha büyük hatta bazı bakterilerden bile daha büyük olan Acanthamoeba  polyphaga mimivirus (APMV) keşfiyle ortaya çıkmıştır. Bilim insanları bu keşif için “Virüsler ve  hücresel organizmalar arasındaki hayali sınırımızı aştı” ifadelerini kullandılar. Bu keşiften sonra bilim  adamları 2008 yılında insandan alınan bir örnekten Sputnik (mimivirüse bağımlı bir tür virüs) adı verilen bir virüs izole ettiler. Bu virüs yardımcı virüsün üreme mekanizmasını kullanır ve virüsün replikasyonunu engeller.

Virüsler canlı olabilir! Ama nasıl?

Virüsler canlı olabilir! evet yanlış duymadınız. Araştırmacılar 2015 yılında, virüslerin hücrelerle uzun bir evrimsel bağlantıya sahip canlı organizmalar olduğu fikrini destekleyen bir analiz yayınladı. Bu çalışma, viral evrimi, hücrelerle birlikte tanınabilir formlarından önceki bir zamana kadar izlemek için güvenilir bir yöntem sunuyor.

Araştırmacılar, Uluslararası Virüs Taksonomisi Komitesi’nin çeşitli özelliklere dayanarak yedi viral takım tanıdığı virüsleri sınıflandırmanın zorluğuna dikkat çekiyor. Bununla birlikte, viral ailelerin yalnızca bir kısmı belirlenmiş ve birçok evrimsel ilişki belirsiz kalmıştır.

Virüslerin çeşitliliği ve bolluğu bu karışıklığa katkıda bulunmaktadır; potansiyel olarak milyonlarca viral türe rağmen sadece küçük bir kısmı dizilenmiştir. Boyutları çok küçükten devasa boyutlara kadar değişen virüsler, diğer mikroplara kıyasla minimum genetik materyal içermekte ve bu da evrimlerini incelemede zorluklar yaratmaktadır.

İlgini çekebilir: Bilim insanları Dünya’nın en derin noktasında yeni bir virüs keşfetti

Çalışma, hem hücresel hem de viral genomlarda kodlanan protein yapılarına veya “kıvrımlara” odaklanıyor. Araştırmacılar bu yapıları evrim ağacının farklı dalları arasında karşılaştırarak hem kıvrımların hem de onları barındıran organizmaların geçmişlerini yeniden inşa edebiliyor. Bu yaklaşım, kıvrımların genetik mutasyona rağmen evrimsel sinyalleri muhafaza etme kabiliyeti nedeniyle genetik dizileri analiz etmek yerine tercih edilmektedir.

Virüsler genellikle replikasyon için konak hücre mekanizmasını ele geçirir ve genetik materyallerini konak DNA’sına entegre edebilir; bu, insanlar da dahil olmak üzere çeşitli organizmalarda gözlemlenen bir olgudur. Bu durum, virüslerin genetik çeşitliliğin yayılmasında temel bir rol oynadığını göstermektedir.

Virüsler de dahil olmak üzere 5.000’den fazla organizmadaki kıvrımları analiz eden çalışma, hücreler ve virüsler arasındaki ortak ve benzersiz kıvrımları tanımlıyor. Bu da viral evrime ışık tutuyor ve virüslerin hücresel yaşamla iç içe geçmiş tarihini pekiştiriyor.

Günümüzde, bazıları patojenik olan çok sayıda virüs, kendilerini çoğaltmak için konak hücrelerdeki protein sentez mekanizmasına el koymakta ve diğer hücrelere yayılmalarını kolaylaştırmaktadır. Virüsler genetik materyallerini sıklıkla konakçılarının DNA’sına entegre eder; bu süreç, insanlar da dahil olmak üzere çoğu hücresel organizmanın genomlarında eski viral etkileşimlerin kalıcı izlerini bırakmıştır. Gustavo Caetano-Anollés, genetik materyali manipüle etme yeteneğinin, virüslerin genetik çeşitliliği yönlendiren ajanlar olarak temel rolünün altını çizdiğini öne sürüyor.

Virüsler ve hücresel yaşam arasındaki evrimsel bağlantıları ortaya çıkarmak için araştırmacılar, 3.460 virüs de dahil olmak üzere evrim ağacının her dalını kapsayan 5.080 organizmadan oluşan geniş bir yelpazede tanınan tüm protein kıvrımlarını inceledi. Gelişmiş biyoinformatik teknikleri kullanarak, virüslere özel 66 kıvrımın yanı sıra hem hücreler hem de virüsler için ortak olan 442 protein kıvrımını ayırt ettiler.

Caetano-Anollés, “Bu keşif, virüslerde hücrelerde bulunanlara paralel özelliklerin bolluğu göz önüne alındığında, kapsamlı bir yaşam ağacı oluşturmanın mümkün olduğunu gösteriyor. Virüsler, hücrelerle paylaşılanlara ek olarak benzersiz bileşenlere de sahiptir.” diyor.

Gerçekten de analiz, virüslerin genetik materyallerini yalnızca hücrelerden aldığı hipotezine meydan okuyarak, virüsler içinde hücresel muadillerinden önemli ölçüde farklılaşan genetik dizileri ortaya çıkardı. Nasir ve Caetano-Anollés, çevrimiçi veri havuzlarındaki protein katlama verilerini kullanarak, virüsleri de içeren kapsayıcı yaşam ağaçları oluşturmak için hesaplama teknikleri kullandılar.

Araştırmacılar, verilerin “virüslerin birden fazla eski hücreden kaynaklandığını… ve modern hücrelerin atalarıyla birlikte var olduğunu” gösterdiğini belirtti. Caetano-Anollés, bu eski hücrelerin muhtemelen bölümlere ayrılmış RNA genomları barındırdığını da sözlerine ekledi.

Ayrıca veriler, virüslerin evrimsel yörüngelerinin erken dönemlerinde, genetik materyallerine koruma sağlayan ve konak hücrelerin dışında bulaşmayı kolaylaştıran protein katları içinde kendilerini kapsülleme yeteneğini geliştirdiklerini göstermektedir. Virüslere özgü benzersiz protein kıvrımları arasında bu viral “kapsidleri” oluşturanlar da yer alıyor.

Referanslar: 

1. Villarreal L. P. (2004). Are viruses alive?. Scientific American, 291(6), 100–105. https://doi.org/10.1038/scientificamerican1204-100

2. Pearson H. (2008). 'Virophage' suggests viruses are alive. Nature, 454(7205), 677. https://doi.org/10.1038/454677a

3. Yates, D., & Yates, D. (n.d.). Study adds to evidence that viruses are alive. https://news.illinois.edu/view/6367/250879