Diversity and evolution of the ribovirian class Stelpaviricetes

Immaginate il mondo dei virus come una biblioteca enorme e caotica dove la maggior parte dei libri è scritta in una lingua che riusciamo a malapena a leggere. Per molto tempo, gli scienziati hanno conosciuto solo alcuni autori famosi in questa biblioteca: quelli che ci rendono malati o uccidono i nostri raccolti. Ma recentemente, un nuovo tipo di "motore di ricerca" chiamato metatrascrittomica ha iniziato a scansionare l'aria, l'acqua e il suolo, estraendo milioni di minuscole pagine frammentate da questa biblioteca. Questi frammenti appartengono a una vasta e nascosta collezione di virus a RNA, minuscoli parassiti genetici che dirottano le cellule per copiare se stessi.

Per dare un senso a questo caos, gli scienziati utilizzano un particolare "albero genealogico" basato su una chiave maestra presente in quasi tutti questi virus: una proteina chiamata RNA-polimerasi RNA-dipendente, o RdRP per brevità. Pensate alla RdRP come alla macchina fotocopiatrice di cui ogni virus ha bisogno per fare più copie delle proprie istruzioni genetiche. Confrontando la forma e la struttura di queste fotocopiatrici, i ricercatori possono capire quali virus sono cugini, quali sono parenti lontani e come si siano evoluti nel corso di milioni di anni. Comprendere questo albero genealogico non è solo un gioco di curiosità biologica; ci aiuta a tracciare da dove potrebbero provenire nuovi virus pericolosi, come saltano tra diversi tipi di vita (come dai funghi alle piante) e come la natura continui a reinventare se stessa.

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La Grande Espansione Virale: Una Riunione di Famiglia per gli "Stelpaviricetes"

In questo studio, un team di scienziati ha deciso di immergersi profondamente in un ramo specifico dell'albero genealogico virale chiamato Stelpaviricetes. Fino a poco tempo fa, questo ramo era considerato piuttosto piccolo, contenente solo un manipolo di famiglie note. Includeva gli Astroviridae, famosi per causare problemi intestinali in uccelli e mammiferi; i Potyviridae, la più grande famiglia di virus delle piante e un grande mal di testa per gli agricoltori; e alcuni altri che vivono all'interno dei funghi.

Ma gli autori di questo articolo non si sono limitati a guardare le famiglie note. Sono andati a caccia negli enormi archivi digitali di dati genetici, utilizzando una sofisticata "rete da pesca" digitale (Modelli di Markov Nascosti) per catturare ogni singolo frammento della fotocopiatrice RdRP che sembrasse appartenere a questo gruppo. I risultati sono stati sbalorditivi. Inveve di trovare solo sei famiglie, hanno scoperto 103 nuove, putative famiglie di virus. È come se fossero entrati in una stanza pensando ci fossero sei persone, solo per rendersi conto che la stanza era in realtà affollata di oltre cento gruppi distinti di estranei che condividono tutti un antenato comune.

Il Progetto "Astro" vs l'Aggiornamento "Poty"

Una volta ottenuta questa enorme collezione, gli scienziati hanno iniziato a esaminare i progetti (genomi) di questi virus per vedere come fossero costruiti. Hanno trovato un modello affascinante.

La stragrande maggioranza di questi nuovi virus scoperti — la maggior parte delle 103 famiglie — somigliava molto agli Astroviridae. Avevano un kit di attrezzi semplice, in tre parti: una fotocopiatrice (RdRP), un paio di forbici molecolari (una proteasi simile alla chimotripsina) per tagliare lunghe catene proteiche, e un guscio (capside) fatto di un unico tipo di blocco (una proteina del capside jelly-roll) che forma un virus rotondo, a forma di pallone da calcio. Gli autori suggeriscono che questo design con tre strumenti semplici fosse probabilmente il "kit di avvio" originale per l'intera famiglia degli Stelpaviricetes. È il progetto ancestrale che la maggior parte di questi virus usa ancora oggi.

Tuttavia, due rami principali dell'albero genealogico hanno deciso di diventare sofisticati e aggiornare i propri kit di attrezzi.

1. Il Ramo dei Virus delle Piante (Patatavirales): Questo gruppo, che include i famosi virus delle piante, ha preso il progetto di base e ha aggiunto due nuovi strumenti massicci: una elicasi della superfamiglia 2 (un motore che srotola i filamenti genetici) e una proteasi simile alla papaina (un altro tipo di forbici molecolari). Hanno anche scambiato il loro guscio rotondo, a forma di pallone da calcio, con un guscio filamentoso lungo e flessibile. L'articolo suggerisce che questo complesso aggiornamento non sia avvenuto direttamente nelle piante. Invece, è probabile che sia accaduto quando questi virus vivevano all'interno dei funghi. Le prove puntano a uno scenario in cui un virus ancestrale, vivendo in un fungo, ha afferrato questi nuovi strumenti e poi è saltato dal fungo a una pianta, portando con sé la sua attrezzatura sofisticata.
2. Il Ramo dei Virus dei Funghi (Hypofuvirales): Anche questo gruppo ha aggiunto il motore (elicasi) e le forbici simili alla papaina, ma ha intrapreso una direzione diversa. Hanno completamente perso il loro guscio. Questi virus sono diventati "nudi", fluttuando all'interno dei loro ospiti fungini senza un involucro protettivo. L'articolo suggerisce che potrebbero essersi evoluti dagli stessi antenati fungini dei virus delle piante, o forse indipendentemente, ma hanno sicuramente intrapreso un percorso che ha comportato l'abbandono della loro armatura.

Il Mistero dei loro Ospiti

Una delle parti più difficili di questa storia è capire chi infettino questi virus. Per i virus famosi come gli astrovirus (che infettano gli animali) e i potyvirus (che infettano le piante), conosciamo gli ospiti. Ma per le centinaia di nuove famiglie trovate nel "metatrascrittoma" (la zuppa genetica dell'ambiente), gli ospiti sono un mistero. I virus galleggiano semplicemente nei dati e non sappiamo in quale cellula stiano vivendo.

Per risolvere questo problema, gli scienziati hanno cercato "fossili" chiamati Elementi Virali Endogeni (EVE). Questi sono pezzi di DNA virale che si sono accidentalmente incastrati nei genomi dei loro ospiti milioni di anni fa e sono stati tramandati come cimeli di famiglia. Trovando questi fossili virali nel DNA di funghi, dinoflagellati (piccoli organismi oceanici) e animali, il team ha potuto fare alcune ipotesi istruite.

Il loro lavoro investigativo suggerisce che il primissimo antenato dell'intera classe Stelpaviricetes fosse probabilmente un virus che infettava i protisti (organismi semplici, unicellulari). Da lì, la famiglia si è divisa. Un ramo è rimasto con gli animali, evolvendosi negli astrovirus che conosciamo oggi. Un altro ramo si è spostato nei funghi, dove è diventato sofisticato, ha aggiunto nuovi strumenti ed è infine saltato alle piante per diventare i potyvirus.

Cosa dice la Scienza (e cosa non dice)

Gli autori sono molto cauti riguardo a ciò che affermano. Suggeriscono che l'antenato comune avesse un genoma semplice, simile a quello di un astrovirus. Propongono che i complessi virus delle piante si siano evoluti dai virus fungini, ma ammettono che l'esatto percorso evolutivo è ancora un po' vago perché le distanze genetiche sono enormi. Escludono l'idea che i complessi virus delle piante si siano evoluti direttamente da semplici virus animali; i dati puntano fortemente a un'origine fungina per il kit di strumenti complesso.

Notano anche che, sebbene abbiano trovato 103 famiglie, l'albero genealogico è così profondo e contorto che è difficile dire con certezza assoluta quale ramo sia il "fratello" di quale. L'articolo non sostiene di aver risolto l'intero mistero dell'evoluzione virale, ma fornisce una mappa molto più chiara di quella che avevamo prima. Trasforma un angolo piccolo e oscuro del mondo virale in una metropoli brulicante di diversità, mostrandoci che i virus che infettano funghi e protisti sono probabilmente gli architetti nascosti dei virus delle piante che nutrono (e a volte affamano) il mondo.

In breve, questo articolo ci dice che il mondo virale è molto più grande e interconnesso di quanto pensassimo. I virus che ci rendono malati e quelli che rovinano i nostri raccolti fanno parte di un enorme e antico albero genealogico che è iniziato nel mondo microscopico di protisti e funghi, e che si è evoluto, scambiando strumenti e saltando tra gli ospiti per eoni.