What Makes a Virus a Virus? Virus-Specific Protein Signatures Revealed by Comparative Genomic Analysis

महान जैविक रहस्य: क्या वायरस "खोए हुए चचेरे भाई" हैं या एक "तीसरा साम्राज्य"?

पृथ्वी पर जीवन के पूरे इतिहास की कल्पना एक विशाल, विस्तृत पारिवारिक वृक्ष के रूप में करें। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा कि इस वृक्ष की केवल तीन मुख्य शाखाएं थीं: बैक्टीरिया (Bacteria), आर्किया (Archaea - एक अजीब, प्राचीन प्रकार का एककोशिकीय जीवन), और यूकेरियोट्स (Eukaryotes - जिसमें पौधे, जानवर और हम शामिल हैं)। लेकिन फिर वायरस आते हैं। वे हर जगह हैं, बैक्टीरिया से लेकर विशाल व्हेल तक सब कुछ संक्रमित करते हैं, फिर भी वे उस वृक्ष पर ठीक से फिट नहीं बैठते। वे इतने छोटे और सरल हैं कि वे किसी होस्ट सेल (मेज़बान कोशिका) की मशीनरी का उपयोग किए बिना अपनी प्रतियां तक नहीं बना सकते। इसने दशकों से वैज्ञानिकों को सिर खुजलाने पर मजबूर कर दिया है: क्या वायरस कोशिकीय जीवन के छोटे, टूटे हुए हिस्से थे जिन्होंने अपनी स्वतंत्रता खो दी? या वे कोशिकाओं के साथ बिल्कुल शुरुआत से ही एक पूरी तरह से अलग, प्राचीन वंश के रूप में विकसित हुए? इसे हल करने के लिए, शोधकर्ता उन "औजारों" को देखते हैं जिनका ये जीव उपयोग करते हैं। जिस तरह एक बढ़ई का टूलबॉक्स आपको बताता है कि वह एक निर्माता है या मैकेनिक, उसी तरह एक जीव के प्रोटीन (सूक्ष्म आणविक मशीनें जो काम करती हैं) उसके वास्तविक पारिवारिक इतिहास को प्रकट कर सकते हैं। यदि वायरस केवल टूटे हुए सेल हैं, तो उनके औजार हमारे बहुत समान दिखने चाहिए। यदि वे एक अलग, प्राचीन शाखा हैं, तो उनके पास ऐसे औजार हो सकते हैं जिन्हें हमने पहले कभी नहीं देखा है।

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जासूसी कार्य: वायरल "फिंगरप्रिंट्स" की खोज

इस अध्ययन में, पाकिस्तान के यूनिवर्सिटी ऑफ गुजरात के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक बड़े पैमाने पर जासूस की भूमिका निभाने का निर्णय लिया। उन्होंने केवल कुछ ही वायरसों को नहीं देखा; उन्होंने 722,107 से अधिक वायरल प्रोटीन अनुक्रमों वाली एक डिजिटल लाइब्रेरी को स्कैन किया और उनकी तुलना बैक्टीरिया और आर्किया के प्रोटीन "टूलकिट" से की। उनका लक्ष्य सरल था: उस विशिष्ट आणविक संकेतों को खोजना जो एक वायरस को वायरस बनाते हैं। उन्होंने चार प्रमुख प्रकार के प्रोटीनों पर ध्यान केंद्रित किया: कैप्सिड (Capsid - सुरक्षात्मक कवच), पॉलीमरेज़ (Polymerase - जेनेटिक कोड की नकल करने वाली मशीनें), रेप्लिकेस (Replicase - विशिष्ट कॉपी मशीनें), और RdRp (RNA से RNA की नकल करने वाली एक बहुत ही विशिष्ट मशीन)।

यहाँ उन्हें क्या मिला, और यह वायरसों को जैविक दुनिया के "आउटलॉ" (कानून तोड़ने वाले) के रूप में चित्रित करता है, न कि "भगोड़ों" के रूप में।

वायरल औजारों का "एक्सक्लूसिव क्लब"
सबसे चौंकाने वाली खोज कैप्सिड के बारे में थी। कैप्सिड को एक खिलौने के सख्त प्लास्टिक शेल की तरह समझें जो अंदर निर्देशों को रखता है। शोधकर्ताओं को 6,285 वायरल कैप्सड प्रोटीन मिले। लेकिन जब उन्होंने बैक्टीरिया और आर्किया को देखा? उन्हें बैक्टीरिया में केवल 17 और आर्किया में 27 मिले। इसका मतलब है कि इन शेल-बनाने वाले प्रोटीनों में से 99.3% केवल वायरसों के हैं। यह एक ऐसी चाबी खोजने जैसा है जो एक महल के लाखों दरवाजे खोलती है, लेकिन पड़ोसी गांवों में शून्य चाबियाँ मिलती हैं। यह सुझाव देता है कि एक सुरक्षात्मक कवच बनाना वायरसों द्वारा खुद के लिए बनाया गया एक काम है, न कि कुछ ऐसा जो उन्होंने कोशिकाओं से चुराया है।

इससे भी अधिक विशिष्ट RdRp और Replicative थे। ये वे मशीनें हैं जो जेनेटिक निर्देशों की नकल करती हैं। टीम को 187 RdRp अनुक्रम और 509 Replicase अनुक्रम मिले, और अंदाज़ा लगाइए क्या? बैक्टीरिया में शून्य और आर्किया में शून्य। ये औजार 100% वायरल हैं। यह ऐसा है जैसे वायरसों के पास अपनी एक गुप्त कार्यशाला (वर्कशॉप) है जहाँ वे अपनी कॉपी मशीनें बनाते हैं, और कोई भी कोशिकीय जीवन कभी उस कार्यशाला में प्रवेश नहीं कर पाया है। यह दृढ़ता से सुझाव देता है कि वायरस केवल कोशिकाओं से "अलग होकर" नहीं बने; उन्होंने अपने जेनेटिक कोड की नकल करने का अपना अनूठा तरीका विकसित किया जिसे कोशिकाएं उपयोग ही नहीं करतीं।

एक औजार जो सभी के पास साझा है
हालाँकि, सब कुछ वायरसों के लिए अद्वितीय नहीं था। टीम ने पॉलीमरेज़ (Polymerase) को देखा, जो एक सामान्य-उद्देश्य वाली मशीन है जो DNA या RNA की नकल करती है। यह एक ही जगह मौजूद था: वायरसों में 14,007, बैक्टीरिया में 14,400, और आर्किया में 4,451। क्योंकि यह उपकरण तीनों समूहों द्वारा साझा किया जाता है, यह सुझाव देता है कि यह एक प्राचीन आविष्कार है, जो संभवतः वायरस, बैक्टीरिया और आर्किया के अलग होने से पहले ही अस्तित्व में था। यह ब्रह्मांड का वह एक औजार है जिसे सभी ने एक ही प्राचीन पूर्वज से उधार लिया है।

आकार मायने रखता है: "विशाल" वायरल प्रोटीन
शोधकर्ताओं ने इन औजारों के आकार के बारे में भी कुछ दिलचस्प नोट किया। वायरल प्रोटीन विशाल होते हैं। औसतन एक वायरल प्रोटीन 967 अमीनो एसिड लंबा होता है (अमीनो एसिड प्रोटीन के निर्माण खंड हैं)। इसकी तुलना में, बैक्टीरियल प्रोटीन औसतन 335 अमीनो एसिड और आर्कियल प्रोटीन औसतन 399 अमीनो एसिड के होते हैं। वायरल प्रोटीन अपने बैक्टीरियल समकक्षों की तुलना में लगभग तीन गुना लंबे होते हैं। क्यों? लेखक सुझाव देते हैं कि क्योंकि वायरस को एक साथ कई काम करने होते हैं—अपना जीनोम कॉपी करना, अपना शेल बनाना और होस्ट कोशिकाओं में घुसना—उन्हें कई काम संभालने के लिए बड़े, अधिक जटिल औजारों की आवश्यकता होती है।

अंतिम निर्णय
टीम ने यह सुनिश्चित करने के लिए कड़े गणितीय परीक्षण चलाए (Chi-square और Fisher's exact test का उपयोग करके) कि ये पैटर्न केवल एक भाग्यशाली संयोग नहीं थे। परिणाम सांख्यिकीय रूप से बेहद ठोस थे, जिनका p-value 0.05 से बहुत कम था। उन्होंने किसी भी ऐसे प्रोटीन की भी तलाश की जो तीनों समूहों (वायरस, बैक्टीरिया और आर्किया) द्वारा साझा किया जाता हो और उन्हें कोई नहीं मिला।

तो, इस बड़े सवाल के लिए इसका क्या अर्थ है कि "वायरस को वायरस क्या बनाता है?" डेटा सुझाव देता है कि वायरस केवल टूटे हुए सेल नहीं हैं जो अपना रास्ता भटक गए। इसके बजाय, वे एक अलग, स्वतंत्र वंश प्रतीत होते हैं जिनके पास अपना अनूठा आणविक टूलकिट है। वे कोशिकाओं से विकसित नहीं हुए; वे उनके साथ विकसित हुए, अपने स्वयं के विशिष्ट औजार जैसे कैप्सिड, RdRp और रेप्लिकेस विकसित किए जो कोशिकीय जीवन के पास नहीं हैं। जबकि वे हमारे साथ प्राचीन "पॉलीमरेज़" टूल साझा करते हैं, उनकी अनूठी, विशाल और विशेष मशीनरी साबित करती है कि वे जीवन के वृक्ष पर एक अलग शाखा हैं, जो अपने स्वयं के नियमों के अनुसार खेल रहे हैं।