Diversity and evolution of the ribovirian class Stelpaviricetes

वायरस की दुनिया की कल्पना एक विशाल, अराजक पुस्तकालय के रूप में करें जहाँ अधिकांश पुस्तकें ऐसी भाषा में लिखी गई हैं जिसे हम मुश्किल से पढ़ पाते हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिक इस पुस्तकालय के केवल कुछ प्रसिद्ध लेखकों के बारे में जानते थे—वे जो हमें बीमार करते हैं या हमारी फसलों को नष्ट कर देते हैं। लेकिन हाल ही में, "मेटाट्रांसक्रिप्टोमिक्स" नामक एक नए प्रकार के "सर्च इंजन" ने हवा, पानी और मिट्टी को स्कैन करना शुरू किया है, जिससे इस पुस्तकालय के लाखों छोटे, खंडित पन्ने बाहर निकल रहे हैं। ये टुकड़े RNA वायरस के एक विशाल, छिपे हुए संग्रह के हैं, जो सूक्ष्म आनुवंशिक परजीवी हैं और खुद की नकल करने के लिए कोशिकाओं का अपहरण कर लेते हैं।

इस अराजकता को समझने के लिए, वैज्ञानिक एक विशेष "वंश वृक्ष" (फैमिली ट्री) का उपयोग करते हैं जो लगभग इन सभी वायरसों में पाए जाने वाले एक मास्टर की (key) पर आधारित है: एक प्रोटीन जिसे RNA-डिपेंडेंट RNA पॉलीमरेज़, या संक्षेप में RdRP कहा जाता है। सोचिए कि RdRP एक फोटोकॉपी मशीन की तरह है जिसकी आवश्यकता हर वायरस को अपने आनुवंशिक निर्देशों की अधिक प्रतियां बनाने के लिए होती है। इन फोटोकॉपी मशीनों के आकार और संरचना की तुलना करके, शोधकर्ता यह पता लगा सकते हैं कि कौन से वायरस चचेरे भाई हैं, कौन से दूर के रिश्तेदार हैं, और वे लाखों वर्षों में कैसे विकसित हुए होंगे। इस वंश वृक्ष को समझना केवल जैविक सामान्य ज्ञान का खेल नहीं है; यह हमें यह ट्रैक करने में मदद करता है कि खतरनाक नए वायरस कहाँ से आ सकते हैं, वे विभिन्न प्रकार के जीवन (जैसे कवक से पौधों तक) के बीच कैसे कूदते हैं, और प्रकृति कैसे खुद को बार-बार नया रूप देती रहती है।

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महान वायरस विस्तार: "स्टेलपाविरिसेटेस" (Stelpaviricetes) के लिए एक पारिवारिक पुनर्मिलन

इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों की एक टीम ने वायरल वंश वृक्ष की एक विशिष्ट शाखा, जिसे स्टेलपाविरिसेटेस कहा जाता है, की गहराई में जाने का निर्णय लिया। हाल तक, इस शाखा को काफी छोटा माना जाता था, जिसमें केवल कुछ ज्ञात परिवार शामिल थे। इसमें एस्ट्रोविरिडे (Astroviridae) शामिल थे, जो पक्षियों और स्तनधारियों में पेट की समस्याओं के लिए प्रसिद्ध हैं; पोटिविरिडे (Potyviridae), जो पौधों के वायरसों का सबसे बड़ा परिवार है और किसानों के लिए एक बड़ी समस्या है; और कुछ अन्य जो कवक (फंगी) के भीतर रहते हैं।

लेकिन इस शोध पत्र के लेखकों ने केवल ज्ञात परिवारों को ही नहीं देखा। वे RdRP फोटोकॉपी मशीन के हर उस टुकड़े को पकड़ने के लिए जो इस समूह का हिस्सा लग रहा था, डेटा के विशाल डिजिटल अभिलेखागार में एक परिष्कृत डिजिटल "मछली पकड़ने वाले जाल" (हिडन मार्कोव मॉडल) का उपयोग करके शिकार कर रहे थे। परिणाम आश्चर्यजनक थे। केवल छह परिवार खोजने के बजाय, उन्होंने वायरसों के 103 नए, संभावित परिवारों का पता लगाया। यह ऐसा है जैसे वे एक कमरे में यह सोचकर गए हों कि वहाँ केवल छह लोग हैं, लेकिन तभी उन्हें एहसास हुआ कि कमरा वास्तव में सौ से अधिक अलग-अलग समूहों के अजनबियों से भरा हुआ है जो सभी एक ही पूर्वज साझा करते हैं।

"एस्ट्रो" ब्लूप्रिंट बनाम "पोटि" अपग्रेड

एक बार जब उनके पास यह विशाल संग्रह हो गया, तो वैज्ञानिकों ने इन वायरसों के ब्लूप्रिंट (जीनोम) को देखना शुरू किया कि वे कैसे बने हैं। उन्होंने एक दिलचस्प पैटर्न पाया।

इन नव-खोजे गए वायरसों का विशाल बहुमत—इन 103 परिवारों में से अधिकांश—एस्ट्रोविरिडे (Astroviridae) के बहुत समान दिखता था। उनके पास एक सरल, तीन-भाग वाला टूलकिट था: एक फोटोकॉपी मशीन (RdRP), आणविक कैंची की एक जोड़ी (एक काइमोट्रिप्सिन जैसी प्रोटीज) जो लंबे प्रोटीन श्रृंखलाओं को काटती है, और एक खोल (कैप्सिड) जो एक ही प्रकार के ब्लॉक (एक जेली-रोल कैप्सिड प्रोटीन) से बना है जो एक गोल, सॉकर-बॉल के आकार का वायरस बनाता है। लेखक सुझाव देते हैं कि यह सरल, तीन-उपकरण वाला डिज़ाइन संभवतः पूरे स्टेलपाविरिसेटेस परिवार के लिए मूल "स्टार्टर किट" था। यह वह पूर्वज ब्लूप्रिंट है जिसका उपयोग आज भी अधिकांश वायरस करते हैं।

हालाँकि, वंश वृक्ष की दो प्रमुख शाखाओं ने खुद को शानदार बनाने और अपने टूलकिट को अपग्रेड करने का फैसला किया।

1. पौधों का वायरस वाला भाग (पेटाटाविरल्स - Patatavirales): इस समूह में, जिसमें प्रसिद्ध पौधे के वायरस शामिल हैं, ने बुनियादी ब्लूप्रिंट लिया और उसमें दो विशाल नए उपकरण जोड़े: एक सुपरफैमिली 2 हेलिकेज़ (एक मोटर जो आनुवंशिक धागों को खोलती है) और एक पेपिन-लाइक प्रोटीज (एक अलग प्रकार की आणविक कैंची)। उन्होंने अपना गोल, सॉकर-बॉल वाला खोल भी बदलकर एक लंबा, लचीला, फिलामेंटस (तंतुमय) खोल बना लिया। शोध पत्र सुझाव देता है कि यह जटिल अपग्रेड सीधे पौधों में नहीं हुआ। इसके बजाय, यह संभवतः तब हुआ जब ये वायरस कवक (फंगी) के भीतर रह रहे थे। साक्ष्य एक ऐसी स्थिति की ओर इशारा करते हैं जहाँ एक पूर्वज वायरस ने, जो कवक में रह रहा था, इन नए उपकरणों को हासिल किया, और बाद में कवक से पौधे में कूद गया, अपने साथ यह शानदार नया उपकरण लेकर आया।

2. कवक वायरस वाला भाग (हाइपोफुविरल्स - Hypofuvirales): इस समूह ने भी मोटर (हेलिकेस) और पेपिन-लाइक कैंची जोड़ी, लेकिन वे एक अलग दिशा में गए। उन्होंने अपना खोल पूरी तरह से खो दिया। ये वायरस "नग्न" हो गए, अपने कवक मेजबानों के भीतर बिना किसी सुरक्षात्मक आवरण के तैरते रहे। शोध पत्र सुझाव देता है कि वे शायद पौधों के वायरसों वाले समान कवक पूर्वजों से विकसित हुए, या शायद स्वतंत्र रूप से, लेकिन उन्होंने निश्चित रूप से एक ऐसा रास्ता अपनाया जिसमें कवच को त्यागना शामिल था।

मेजबानों (Hosts) का रहस्य

इस कहानी का सबसे कठिन हिस्सा यह पता लगाना है कि ये वायरस किसे संक्रमित करते हैं। एस्ट्रोवायरस (जो जानवरों को संक्रमित करते हैं) और पोटिविरस (जो पौधों को संक्रमित करते हैं) जैसे प्रसिद्ध वायरसों के लिए, हम मेजबानों को जानते हैं। लेकिन "मेटाट्रांसक्रिप्टोम" (पर्यावरण का आनुवंशिक सूप) में पाए गए सैकड़ों नए परिवारों के लिए, मेजबान एक रहस्य है। वायरस बस डेटा में तैर रहे हैं, और हमें नहीं पता कि वे किस कोशिका में रह रहे हैं।

इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एंडोजेनस वायरस एलिमेंट्स (EVEs) नामक "जीवाश्मों" की तलाश की। ये वायरल डीएनए के टुकड़े हैं जो लाखों साल पहले अनजाने में अपने मेजबानों के जीनोम में फंस गए थे और पारिवारिक विरासत की तरह आगे बढ़ते रहे। कवक, डायनोफ्लैगेलेट्स (छोटे समुद्री जीव), और जानवरों के डीएनए में इन वायरल जीवाश्मों को खोजकर, टीम ने कुछ अनुमान लगाने में सफलता प्राप्त की।

उनके जासूसी काम से पता चलता है कि पूरे स्टेलपाविरिसेटेस वर्ग का सबसे पहला पूर्वज संभवतः एक वायरस था जिसने प्रोटिस्ट्स (सरल, एककोशिकीय जीव) को संक्रमित किया था। वहां से, परिवार विभाजित हुआ। एक शाखा जानवरों के साथ रही, और आज के एस्ट्रोवायरस के रूप में विकसित हुई। दूसरी शाखा कवक में चली गई, जहाँ उसने खुद को उन्नत बनाया, नए उपकरण जोड़े, और अंततः पौधों में कूद गई ताकि पोटिविरस बन सके।

विज्ञान क्या कहता है (और क्या नहीं कहता)

लेखक इस बात को लेकर बहुत सावधान हैं कि वे क्या दावा करते हैं। वे सुझाव देते हैं कि सामान्य पूर्वज का एक सरल, एस्ट्रोवायरस जैसा जीनोम था। वे प्रस्ताव करते हैं कि जटिल पौधे के वायरस कवक के वायरसों से विकसित हुए, लेकिन वे स्वीकार करते हैं कि सटीक विकासवादी पथ अभी भी थोड़ा धुंधला है क्योंकि आनुवंशिक दूरियां बहुत अधिक हैं। वे इस विचार को खारिज करते हैं कि जटिल पौधे के वायरस सीधे सरल पशु वायरसों से विकसित हुए; डेटा जटिल टूलकिट के लिए कवक मूल की ओर मजबूती से संकेत करता है।

वे यह भी नोट करते हैं कि हालांकि उन्हें 103 परिवार मिले, लेकिन "वंश वृक्ष" इतना गहरा और घुमावदार है कि यह कहना कठिन है कि कौन सी शाखा किस की "सिस्टर" है, यह 100% निश्चितता के साथ। शोध पत्र यह दावा नहीं करता कि उसने वायरल विकास के पूरे रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन यह हमें पहले की तुलना में बहुत स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है। यह वायरस के एक छोटे, अस्पष्ट कोने को विविधता के एक हलचल भरे महानगर में बदल देता है, जो हमें दिखाता है कि कवक और प्रोटिस्ट्स को संक्रमित करने वाले वायरस संभवतः उन पौधों के वायरसों के छिपे हुए वास्तुकार हैं जो दुनिया को खिलाते हैं (और कभी-कभी भूखा रखते हैं)।

संक्षेप में, यह शोध पत्र हमें बताता है कि वायरल दुनिया हमारी सोच से कहीं अधिक बड़ी और आपस में जुड़ी हुई है। वे वायरस जो हमें बीमार करते हैं और वे जो हमारी फसलों को बर्बाद करते हैं, एक विशाल, प्राचीन वंश वृक्ष का हिस्सा हैं जो प्रोटिस्ट्स और कवक की सूक्ष्म दुनिया से शुरू हुआ था, और युगों से विकसित हो रहा है, उपकरण बदल रहा है और मेजबानों के बीच कूद रहा है।