Эволюция и появление вирусов

Вирусы быстро эволюционируют посредством мутаций и генетического обмена, и появление новых или недавно обнаруженных вирусов, часто после перехода от животных-резервуаров, является повторяющейся особенностью их биологии.

Definition

Эволюция и появление вирусов — это изучение того, как вирусы генетически изменяются со временем и как новые или ранее нераспознанные вирусы возникают и закрепляются в популяциях хозяев.

Scope

Эта тема охватывает источники вирусной генетической изменчивости, включая высокие темпы мутаций у РНК-вирусов, рекомбинацию и реассортацию сегментированных геномов; квазивиды и последствия ошибочной репликации; концепцию возникающих и вновь возникающих вирусов; а также процессы сдвигов диапазона хозяев и переходов от животных-резервуаров. Она рассматривает вирусные изменения как эволюционное, так и экологическое явление.

Core questions

• Какие механизмы генерируют генетическую изменчивость у вирусов?
• Почему РНК-вирусы эволюционируют особенно быстро?
• Как вирусы переходят от одного вида хозяина к другому?
• Какие условия способствуют появлению новых вирусных агентов?

Key concepts

• Скорость мутаций у РНК-вирусов
• Рекомбинация и реассортация
• Квазивид
• Сдвиги диапазона хозяев и переходы
• Возникающие и вновь возникающие вирусы

Key theories

Квазивид и вирусная изменчивость

Ошибочная репликация, особенно у РНК-вирусов, генерирует разнообразную популяцию тесно связанных геномов, на которую действует отбор, что помогает объяснить быструю адаптацию вирусов и сложность контроля над некоторыми из них.

Mechanisms

Вирусная генетическая изменчивость возникает в результате мутаций, вносимых во время репликации генома, особенно ошибочными полимеразами РНК-вирусов, а также в результате рекомбинации или реассортации, когда родственные вирусы совместно инфицируют клетку. Эта изменчивость, действующая на большие и быстро воспроизводящиеся популяции, позволяет быстро адаптироваться, включая изменения, расширяющие круг хозяев. Появление часто следует за переходом от животного-резервуара к новой популяции хозяев, где экологические условия допускают передачу.

Clinical relevance

Быстрая вирусная эволюция лежит в основе таких проблем, как периодическая необходимость обновления некоторых вакцин и появление вариантов, в то время как появление вирусов из животных-резервуаров является повторяющимся источником новых инфекционных заболеваний, что делает эту тему важной для понимания вспышек и информирования о надзоре.

History

Концепция вирусного квазивида, разработанная на основе теоретических работ Манфреда Эйгена и примененная к вирусам исследователями, включая Эстебана Доминго, переосмыслила РНК-вирусы как разнообразные, быстро эволюционирующие популяции, помогая объяснить их адаптивность и трудность искоренения некоторых из них.

Key figures

• Manfred Eigen
• Esteban Domingo

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Почему РНК-вирусы, как правило, эволюционируют быстрее, чем ДНК-вирусы?

Многие РНК-вирусы реплицируют свои геномы с помощью полимераз, которым не хватает корректуры, поэтому они накапливают мутации с высокой скоростью. В сочетании с большими размерами популяций и коротким временем генерации это приводит к быстрым генетическим изменениям и адаптации.