Multiple origins of endogenous virophage and polinton-like virus in the halophilic protist Halocafeteria seosinensis

द वायरल नेबरहुड: नन्हे आक्रमणकारियों और जेनेटिक अराजकता की एक कहानी

कल्पना कीजिए कि एक जीवित कोशिका का जीनोम निर्देशों की कोई शांत लाइब्रेरी नहीं, बल्कि एक हलचल भरा, अराजक शहर है। इस शहर में हमेशा कुछ घुसपैठिए और आक्रमणकारी होते हैं जो बस रहने की कोशिश कर रहे होते हैं। इनमें सबसे प्रसिद्ध हैं वायरस, वे नन्हे परजीवी जो अपनी प्रतियां बनाने के लिए कोशिका की मशीनरी का अपहरण कर लेते हैं। लेकिन इसमें एक मोड़ है: कुछ वायरस इतने छोटे होते हैं कि वे खुद से प्रतिकृति (replicate) भी नहीं बना सकते। उन्हें भारी काम करने के लिए एक "बड़े भाई" वायरस की आवश्यकता होती है। इन्हें वायरोफेज (virophages) कहा जाता है। इन्हें उन शरारती बच्चों के रूप में सोचें जो एक विशालकाय व्यक्ति की मदद के बिना पेड़ पर घर (treehouse) नहीं बना सकते, और वे अक्सर उस विशालकाय व्यक्ति के काम में बाधा डालते हैं।

फिर पोलिटॉन-लाइक वायरस (PLVs) हैं। ये थोड़े अधिक रहस्यमय हैं। वे वायरस की तरह दिखते हैं, लेकिन वे ट्रांसपोसन्स (transposons) की तरह भी कार्य करते हैं—ऐसे जेनेटिक तत्व जो कोशिका के डीएनए के भीतर इधर-उधर कूद सकते हैं, खुद को कॉपी और पेस्ट कर सकते हैं, जैसे कि वर्ड प्रोसेसर में एक ग्लिची 'कॉपी-पेस्ट' कमांड हो। वैज्ञानिक लंबे समय से संदेह करते रहे हैं कि वायरोफेज और PLVs आपस में संबंधित हैं, जैसे कि एक ही वायरल फैमिली ट्री के दूर के चचेरे भाई, लेकिन वे ज्यादातर अलग-अलग जगहों पर या अधूरे जेनेटिक मानचित्रों में पाए गए हैं। बड़ा सवाल यह रहा है: क्या ये विभिन्न प्रकार के वायरस कभी एक ही घर में साथ रहते हैं? क्या वे ट्रेडिंग कार्ड्स की तरह जीन का आदान-प्रदान करते हैं? और क्या होता है जब वे कोशिका के अपने कूदने वाले जींस (jumping genes) से टकराते हैं?

साल्ट सेल में महान वायरल पार्टी

अब, आइए एक बहुत ही विशिष्ट, बहुत नमकीन पड़ोस पर ध्यान केंद्रित करें: एक सूक्ष्म, नमक-प्रेमी जीव Halocafeteria seokinensis का जीनोम। यह छोटा प्रोटिस्ट चरम वातावरण में रहता है, लेकिन इसका जीनोम असली स्टार है। इस नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं रोंनी हारो, एल. गैलॉट-लवैल, सेड्रिक ब्लेज़ और जॉन एम. आर्चीबाल्ड ने उन्नत लॉन्ग-रीड सीक्वेंसिंग तकनीक का उपयोग करके इस जीनोम को हाई-डेफिनिशन में देखने का निर्णय लिया। उन्होंने जो पाया वह किसी शांत लाइब्रेरी जैसा नहीं, बल्कि एक विशाल, अराजक वायरल कन्वेंशन जैसा था।

टीम ने पाया कि यह एककोशिकीय जीव पूरी तरह से वायरल डीएनए से भरा हुआ है। उन्होंने इसके क्रोमोसोम के भीतर 41 पूर्ण पोलिटॉन-लाइक वायरस और 36 पूर्ण वायरोफेज छिपे हुए पाए। इसे समझने के लिए, इन वायरल तत्वों का पूरे जीनोम का एक बड़ा हिस्सा, यानी 6.2%, है। यह कोशिका के "हार्ड ड्राइव" का एक बहुत बड़ा हिस्सा इन आक्रमणकारियों के लिए समर्पित है। यह ऐसा है जैसे आपने अपना लैपटॉप खोला और पाया कि आपके स्टोरेज स्पेस का लगभग दसवां हिस्सा एक ही गेम के विभिन्न संस्करणों से भरा हुआ है, जो एक साथ इंस्टॉल किए गए हैं।

लेकिन यह केवल संख्याओं के बारे में नहीं है; यह संबंधों के बारे में है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये वायरस केवल वहां चुपचाप बैठे नहीं हैं। वे विशिष्ट समूहों, या "सबटाइप्स" में व्यवस्थित हैं। एक ही जीनोम में रहने वाले छह अलग-अलग प्रकार के PLVs और सात प्रकार के वायरोफेज हैं। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह है कि ये विभिन्न वायरल समूह सक्रिय रूप से जीन का आदान-प्रदान कर रहे हैं। अध्ययन बताता है कि वे एक साझा "जीन पूल" साझा करते हैं, एक जेनेटिक ब्लेंडर की तरह हिस्सों को मिलाते और बदलते हैं। उदाहरण के लिए, कुछ वायरसों ने अपने पड़ोसियों से प्रतिकृति (replication) या एकीकरण (integration) के लिए जीन प्राप्त किए हैं, जिससे काइमेरिक व्यवस्थाएं (chimeric arrangements) बनी हैं—जेनेटिक मोज़ेक जो अस्तित्व में नहीं होते यदि ये वायरस अपने दायरे में ही रहते।

पेपर एक जंगली "रशियन नेस्टिंग डॉल्स" (एक के अंदर एक गुड़िया) के खेल को भी उजागर करता है। शोधकर्ताओं ने अन्य वायरल जीनोम के भीतर बसे हुए वायरल जीनोम पाए, और कभी-कभी, ट्रांसपोज़ेबल तत्व (कोशिका के अपने कूदने वाले जींस) सीधे वायरसों के भीतर समाए हुए थे। यह एक बहु-स्तरीय पारिस्थितिकी तंत्र है जहाँ वायरस, वायरसों पर आक्रमण कर रहे हैं, और कूदने वाले जींस, वायरल जहाजों पर सवारी कर रहे हैं। विशेष रूप से, उन्होंने देखा कि MULE DNA ट्रांसपोसन्स और LINE रेट्रोट्रांसपोसन्स अक्सर वायरल जीनोम के भीतर अंतर्निहित थे। कुछ मामलों में, ये सम्मिलन (insertions) वायरसों को तोड़ते हुए प्रतीत हुए, जिससे वे क्षय होते अवशेषों में बदल गए। अन्य मामलों में, वायरस इस आक्रमण में जीवित रहने में सफल रहे, शायद वे ट्रांसपोसन्स का उपयोग घूमने में मदद के लिए भी करते हैं।

सबसे दिलचस्प खोजों में से एक यह है कि ये वायरस कहाँ रहते हैं। उनमें से कई क्रोमोसोम के बिल्कुल सिरों पर, जिन्हें सबटेलोमेरिक क्षेत्र (subtelomeric regions) कहा जाता है, छिपे हुए हैं। लेखक सुझाव देते हैं कि ये क्षेत्र एक "सुरक्षित आश्रय" (safe harbor) के रूप में कार्य करते हैं—एक ऐसी जगह जहाँ कोशिका को इस बात से ज्यादा फर्क नहीं पड़ता कि वायरस वहां डेरा जमा लें क्योंकि वहां कम आवश्यक जीन होते हैं। यह ऐसा है जैसे वायरस अटारी या बेसमेंट में कब्जा जमा रहे हों, मुख्य लिविंग रूम से दूर जहाँ महत्वपूर्ण पारिवारिक व्यवसाय चलता है।

हालाँकि, यह कहानी अभी सक्रिय अराजकता की नहीं है। जब शोधकर्ताओं ने कोशिका की गतिविधि (RNA-seq डेटा का उपयोग करके) को देखा, तो उन्होंने पाया कि ये वायरल जीन मुश्किल से पढ़े जा रहे थे। वे अनिवार्य रूप से सो रहे हैं। पेपर का सुझाव है कि ऐसा संभवतः इसलिए है क्योंकि वह "विशाल वायरस" (giant virus) साथी, जिसकी आवश्यकता कुछ वायरोफेज को जागने और प्रतिकृति बनाने के लिए होती है, गायब है। अपने विशाल वायरस होस्ट के बिना, वायरोफेज और PLVs केवल सुप्त यात्री (dormant passengers) हैं। अध्ययन ने रासायनिक टैग (मिथाइलेशन) के माध्यम से इन आक्रमणकारियों को चुप कराने की कोशिका के प्रयासों के संकेतों की भी तलाश की, लेकिन इसका कोई पुख्ता सबूत नहीं मिला। इसके बजाय, कम गतिविधि का कारण सही परिस्थितियों का अभाव प्रतीत होता है जो उन्हें जगा सकें।

संक्षेप में, यह पेपर Halocafeteria seokinensis को एक गतिशील अखाड़े के रूप में चित्रित करता है जहाँ वायरल विकास वास्तविक समय में हो रहा है। यह दिखाता है कि ये विभिन्न वायरल वंश एक साथ रहते हैं, जीन का आदान-प्रदान करते हैं, और होस्ट के जीनोम की संरचना को नया आकार देते हैं। हालांकि वे वर्तमान में सुप्त हैं, इन तत्वों की संख्या और विविधता यह बताती है कि इस नन्हे नमक-प्रेमी जीव का एक जटिल, वायरल-समृद्ध इतिहास है जो उसके जेनेटिक मेकअप को आकार देना जारी रखता है। अध्ययन यह दावा नहीं करता कि ये वायरस वर्तमान में कोई समस्या पैदा कर रहे हैं, लेकिन यह सुझाव देता है कि वायरल जीन विनिमय और जीनोम पुनर्निर्माण की क्षमता इस जीव के विकास में एक निरंतर, अंतर्निहित शक्ति है।