Loss of replication and transcription systems accompanying transition to nucleus-dependent replication in Ariadnavirales, a proposed new order in nucleocytoviricot class Megaviricetes

वायरस को अक्सर सरल परजीवी के रूप में माना जाता है जो खुद की प्रतियां बनाने के लिए कोशिका के तंत्र का अपहरण कर लेते हैं। सबसे बड़े ज्ञात वायरसों के लिए, जो डीएनए से बनी आनुवंशिक सामग्री ले जाते हैं, मानक कहानी यह रही है कि वे मेजबान कोशिका के साइटोप्लाज्म (cytoplasm) के भीतर अपने स्वयं के कारखाने बनाते हैं, जो कोशिका के केंद्रक (nucleus) के चारों ओर के स्थान को भरने वाला जेली जैसा तरल पदार्थ है। ये वायरल कारखाने उन्हें अपने आनुवंशिक कोड को रेप्लिकेट करने और नए वायरस कणों के निर्माण के लिए कोशिका के कमांड सेंटर, यानी केंद्रक, में प्रवेश किए बिना सक्षम बनाते हैं, जहाँ मेजबान का अपना डीएनए रखा जाता है। यह स्वतंत्रता 'न्यूक्लियोसाइटोविरिकोटिका' (nucleocytoviricots) नामक समूह की एक परिभाषित विशेषता है, जो दोहरी लड़ी वाले डीएनए वाले विशाल वायरसों का एक विशाल परिवार है जिसमें पृथ्वी की कुछ सबसे विशाल जैविक संस्थाएं शामिल हैं। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह मान लिया था कि ये वायरस अपने स्वयं के प्रतिकृति (replication) और ट्रांसक्रिप्शन (transcription) प्रक्रियाओं को चलाने के लिए आवश्यक निर्देशों का एक पूर्ण सेट ले जाते हैं, जो अनिवार्य रूप से मेजबान को संक्रमित करने के बाद स्वतंत्र मशीनों के रूप में कार्य करते हैं।

हालाँकि, एक नए अध्ययन ने इन विशाल वायरसों के एक समूह का पता लगाया है जो पूरी तरह से इस रणनीति को त्याग चुका प्रतीत होता है। महासागरों और मीठे पानी के वातावरण से आनुवंशिक डेटा के विशाल संग्रहों की खोज करके, शोधकर्ताओं ने वायरसों के एक पहले से अज्ञात क्रम (order) की पहचान की है जिन्होंने अपने डीएनए की नकल करने या अपने आनुवंशिक निर्देशों को पढ़ने के लिए आवश्यक लगभग सभी जीन खो दिए हैं। अपने स्वयं के कारखाने बनाने के बजाय, ये वायरस काम करने के लिए पूरी तरह से मेजबान कोशिका के केंद्रक पर निर्भर दिखते हैं। यह खोज इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देती है कि बड़े वायरस आत्मनिर्भर होते हैं और यह सुझाव देती है कि एक अधिक जटिल विकासवादी इतिहास है जहाँ कुछ दिग्गजों ने उस कमांड सेंटर पर निर्भर होने का विकल्प चुना है जिससे वे बचते थे।

शोधकर्ताओं ने, जो नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ और इंस्टिट्यूट पाश्चर की एक टीम के नेतृत्व में थे, अपनी जांच की शुरुआत 'सिकॉइडोचिट्रियम मिनटम डीएनए वायरस' (Sicyoidochytrium minutum DNA virus), या संक्षेप में SmDNAV से की। यह वायरस मूल रूप से एक कोशिकीय जीव जिसे थ्रौस्टोचिट्रिड (thraustochytrid) कहा जाता है, से अलग किया गया था, जो समुद्री वातावरण में पाए जाने वाले प्रोटिस्ट (protists) के एक समूह से संबंधित है। इसकी खोज के समय, SmDNAV एक विचित्र वस्तु थी; यह एक विशाल वायरस की तरह दिखता था लेकिन अन्य ज्ञात वायरसों के साथ बहुत कम आनुवंशिक समानता साझा करता था। यह समझने के लिए कि यह जीवन के वृक्ष (tree of life) में कहाँ फिट बैठता है, टीम ने कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग करके जीनोमिक डेटाबेस को खंगाला, ताकि SmDNAV में पाए जाने वाले प्रोटीन से मेल खाने वाले अन्य आनुवंशिक अनुक्रमों को खोजा जा सके। उन्हें अन्य एकल-कोशिकीय जीवों के आनुवंशिक डेटा के भीतर कई मिलान मिले, जिनमें शैवाल (algae) और समुद्री एवं मीठे पानी के विभिन्न आवासों के विभिन्न प्रोटिस्ट शामिल थे।

इन आनुवंशिक टुकड़ों को जोड़कर, टीम ने SmDNAV से संबंधित कई नए वायरसों के जीनोम को पुनर्गठित किया। उन्होंने इस नए समूह को "एरियाडनाविरालेस" (Ariadnavirales) नाम दिया, जो पौराणिक राजकुमारी एरियाडने (Ariadne) को एक श्रद्धांजलि है, जिसने नायक थीसियस (Theseus) को भूलभुलैया से निकलने में मदद की थी, जो उन जटिल और घुमावदार प्रोटिस्ट मेजबानों को दर्शाता है जिन्हें ये वायरस संक्रमित करते हैं। इन वायरसों के जीनोम पर्याप्त बड़े हैं, जिनकी लंबाई लगभग 200,000 बेस पेयर्स (base pairs) है, जो सैकड़ों प्रोटीन को एनकोड करने के लिए पर्याप्त है। फिर भी, जब शोधकर्ताओं ने इन जीनोमों के भीतर विशिष्ट निर्देशों की जांच की, तो उन्हें एक चौंकाने वाली अनुपस्थिति मिली। इन वायरसों ने उन कोर मशीनरी के लिए जीन खो दिए थे जिनका उपयोग लगभग सभी अन्य विशाल वायरस अपने डीएनए को रेप्लिकेट करने और उसे आरएनए (RNA) में ट्रांसक्राइब करने के लिए करते हैं। विशेष रूप से, वे उन एंजाइमों की कमी रखते थे जो प्राथमिक कॉपी मशीन और आनुवंशिक जानकारी के पढ़ने वाले उपकरण के रूप में कार्य करते हैं।

केवल कुछ विशिष्ट प्रोटीन जो डीएनए को व्यवस्थित करने और उसकी मरम्मत करने में मदद करते हैं, वे ही एकमात्र सूचना-प्रसंस्करण उपकरण थे जो इन वायरसों ने बरकरार रखे थे, लेकिन भारी काम (heavy lifting) के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रतिकृति और ट्रांसक्रिप्शन गायब थे। यह हानि बताती है कि एरियाडनाविरालेस अपने आनुवंशिक पदार्थ को रेप्लिकेट करने के लिए पूरी तरह से मेजबान कोशिका के केंद्रक पर निर्भर होने के लिए विकसित हुए हैं। एक मोड़ जो इस रहस्य को बढ़ाता है, वह यह है कि पिछले अवलोकनों में SmDNAV-संक्रमित कोशिकाओं ने दिखाया कि वायरस मेजबान के केंद्रक को गायब कर देता है, फिर भी वायरस सफलतापूर्वक रेप्लिकेट करता रहता है। यह एक अनूठी रणनीति का संकेत देता है जहाँ वायरस मेजबान की मशीनरी तक पहुँचने के लिए केंद्रक की बाधा को तोड़ सकता है, या शायद संरचना के ढहने से पहले आवश्यक उपकरणों को भर्ती कर सकता है। यह व्यवहार अन्य ज्ञात वायरसों से अलग है जो या तो अपने स्वयं के उपकरणों के साथ साइटोप्लाज्म में रहते हैं या केंद्रक को बरकरार रखते हुए केंद्रक के भीतर रेप्लिकेट करते हैं।

अध्ययन ने इन वायरसों को विकासवादी मानचित्र पर भी स्थान दिया। उन प्रोटीनों की तुलना करके जो सभी विशाल वायरस साझा करते हैं, जैसे कि उनके बाहरी आवरण के निर्माण खंड, शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि एरियाडनाविरालेस उन अन्य वायर समूहों से निकटता से संबंधित हैं जिनमें कुछ रेप्लिकेशन जीन की कमी है। वे मिलकर विशाल वायरसों के पारिवारिक वृक्ष पर एक गहरा शाखा (deep branch) बनाते हैं, जो यह सुझाव देता है कि इन आवश्यक जीनों का नुकसान उनके साझा इतिहास में बहुत पहले हुआ था। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि हालांकि कुछ अन्य छोटे वायरसों ने भी ये जीन खो दिए हैं, लेकिन वे बहुत छोटे जीनोम रखते हैं। एरियाडनाविरालेस अद्वितीय हैं क्योंकि उन्होंने अपने परिचालन टूलकिट के सबसे महत्वपूर्ण हिस्सों को छोड़ने के बावजूद एक बड़ा जीनोम आकार बनाए रखा। यह चयनात्मक हानि एक साधारण क्षरण के बजाय एक परिष्कृत विकासवादी पथ का संकेत देती है।

निष्कर्ष यह भी उजागर करते हैं कि वायरस की दुनिया का कितना हिस्सा अभी भी छिपा हुआ है। नए वायरस लैब कल्चर में नहीं पाए गए बल्कि पर्यावरणीय नमूनों से आनुवंशिक डेटा को खनन (mining) करके खोजे गए, जो एक ऐसी तकनीक है जिसने महासागरों में जीवन की छिपी हुई विविधता को प्रकट किया है। अध्ययन बताता है कि मेजबान केंद्रक पर निर्भर रहने की रणनीति विशाल वायरसों के बीच पहले की तुलना में अधिक सामान्य है, जो कई स्वतंत्र वंशों (lineages) में दिखाई देती है। हालांकि इस बात की सटीक प्रक्रिया अभी भी स्पष्ट नहीं है कि ये वायरस मेजबान केंद्रक के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, साक्ष्य इस बात की ओर इशारा करते हैं कि यह एक मौलिक बदलाव है कि ये जैविक संस्थाएं कैसे जीवित रहती हैं। उन्होंने स्वतंत्रता के बदले दक्षता को चुना है, अपने पूर्वजों द्वारा किए जाने वाले काम के लिए मेजबान की आंतरिक प्रणालियों पर भरोसा किया है। यह खोज वायरल विकास की लचीलापन और स्वतंत्र जीवन रूपों तथा पूरी तरह से अपने मेजबानों पर निर्भर रूपों के बीच की सीमाओं पर नए प्रश्न खोलती है।