Mimivirus - loài virus khổng lồ

Trong ngành virology, virus được coi là những vật kí sinh nội bào nhỏ bé nhất và khái niệm này đã bị lung lay bởi phát hiện gần đây loài mimivirus ký sinh trong loài protozoan Acanthamoeban polyphaga [1]. Loài minivirus lần đầu tiên được phát hiện trong tháp làm lạnh công nghiệp tại Bradford, UK vào năm 1992 và bắt đầu được nghiên cứu từ năm 2003.

Nhóm nghiên cứu Raoult et al đã ước tính genome của mimivirus vào khoảng 1.2 Mb với 1262 khung đọc mở (ORF) [2]. Như vậy, genome của mimivirus lớn hơn nhiều loài vi khuẩn ký sinh thông thường (gấp 2.5 lần so với vi khuẩn nhỏ nhất Mycoplasma genitalium và loài achaea Nanoarchaeon equitans). Về mặt kích thước thì đường kính vỏ capsid của mimivirus cũng tương đương với Mycoplasma (khoảng 400 nm). Điều làm bất kỳ nhà khoa học nào cũng đặt ra trong trường hợp này là “Vậy, genome của loài virus này chứa những thông tin di truyền gì?”.

Ảnh chụp mimivirus với độ phóng đại 200,000 lần. Nguồn: © Didier Raoult

Cũng từ nghiên cứu của nhóm Raoult trên Science, genome của mimivirus chỉ chứa khoảng 10% là DNA nối (DNA junk). Đồng thời trong số gene được dự đoán, chỉ 1 phần tư trong số đó (298 gene) là có thể chỉ định chức năng thông qua tính tương đồng với các trình tự đã biết. Điều này khác hẳn so với các nghiên cứu về genome của vi khuẩn và archea thường có thể chỉ định được ít nhất 70% số gene dự đoán [3].

Tuy nhiên, các phân tích phát sinh chủng loài và dựa trên chức năng của của các gene đã chỉ định người ta có thể khẳng định loài mimivirus này không có nguồn gốc từ Sao hoả mà có những điểm tương đồng với những loài virus, prokaryote và eukaryote khác. Những nhóm gene tương đồng mà nhóm Raoult tìm thấy ngoài các gene của những virus DNA sợi kép lớn (NCLDV) còn 7 gene tương đồng với sinh vật eukaryote là arginyl-tRNA synthetase, methyonyl-tRNA synthetase, tyrosyl-tRNA synthetase, 2 tiểu đơn vị lớn của RNA polymerase II, protein kẹp DNA-polymerase (PCNA), và 5'-3' exonuclease. Kết luận được đưa ra là "Minivirus có thể là một nhánh phân loại mới từ 3 domain eubacteria, archae và eukaryote" (xem hình 2). Cây này được xây dựng dựa trên phương pháp maximum likelihood thông qua 7 trình tự protein bảo thủ giữa các loài là arginyl-tRNA synthetase (COG0018), methionyl-tRNA synthetase (COG0143), tyrosyl-tRNA synthetase (COG0162), RNA polymerase II largest subunit (COG0086), RNA polymerase II second largest subunit (COG0085), PCNA (COG0592), và 5'-3' exonuclease (COG0258). Trình tự bắt cặp gồm 3164 vị trí mà không có đột biến thêm mất nucleotide (InDel) Giá trị bootstrap được thể hiện ở tại các nhánh. Các cây phát sinh chủng loài sử dụng từ các phương pháp khác nhau đều có hình dạng tương đồng.

Các kết quả phân tích quan hệ phát sinh chủng loài trên bị đặt một dấu hỏi sau khi bài bình luận của David Moreira và Purificación López-García được đăng trên tạp chí Science, 2005 [4]. Bài này phân tích 2 sai lầm trong những phân tích của nhóm Rault được tóm lược như sau:

1. Việc xây dựng cây phân loài dựa trên các trình tự protein khác nhau có thể làm sai lệch cây nếu như các protein có các cơ chế tiến hóa riêng. Đơn cử là trường hợp của các aminoacyl-tRNA synthetases là họ protein phổ biến ở các domain trong sinh giới [5]. Ví dụ tyrosyl-tRNA synthetase của Escherichia coli có nguồn gốc từ vi khuẩn Gram dương thông qua quá trình chuyển gene ngang (HGT) (hình 3). Nhiều sự kiện chuyển gene ngang tương tự đối với arginyl-tRNA synthetase giữa eukaryote và một số nhóm vi khuẩn (Proteobacteria và vi khuẩn Gram dương). Trong khi đó, methionyl-tRNA synthetase của Gammaproteobacteria (E. coli) lại có thể thu nhận do chuyển gene ngang từ Archaea. Như vậy, các aminoacyl-tRNA synthetase từ một loài (E. coli) có thể từ 3 nguồn gốc tiến hóa khác nhau: vi khuẩn, archaea và eukaryote. Việc xây dựng cây phân loài từ các dự kiện tương tự sẽ làm sai lệch dữ liệu.

Cây phát sinh chủng loài của tyrosyl-tRNA synthetase bằng thuật giải Bayesian. Các số ghi ở mỗi nút là xác xuất phân nhánh Bayesian trừ nút giữa Mimivirus và Entamoeba spp là hiển thị giá trị bootstrap dựa trên thuật giải maximum-likelihood.[4]

2. Khi xây dựng cây quan hệ phát sinh chủng loài, nhóm Raoult đã sử dụng các trình tự không bảo thủ nhiều trong cả 3 domain, đó là protein PCNA nhóm protein chỉ bảo thủ trong archaea, eukaryote và Mimivirus nhưng lại khá phân ly trong các loài vi khuẩn [6]. Nhóm này đã xây dựng cây với chỉ 3 trình tự đại diện cho mỗi domain. Tính đại diện không cao này được thấy rõ khi trong hình 3, nhóm Moreira phân tích với nhiều loài hơn trong đó bao gồm cả loài vật chủ của Mimivirus.

Kết quả của hình 3 hoàn toàn khác biệt với hình 2, nhóm mimivirus hiện giờ có quan hệ rất gần gũi với các loài eukaryote mà đặc biệt là chi Entamoeba. Điều này chứng tỏ Mimivirus đã thu nhận những gene này (ở đây là tyrosyl-tRNA synthetase) từ chính vật chủ của nó. Các phân tích ở các gene khác cũng cho kết quả tương tự.

Mặc dù những tranh luận về nguồn gốc của virus còn chưa thể có hồi kết nhưng cũng phải thừa nhận rằng, ngoài vai trò là nguồn gene và nguồn gây đột biến mới cho vật chủ, các virus cũng thâu nhận các gene từ vật chủ cho mục đích của mình. Dù thế nào đi nữa, mimivirus giờ đây không thể được coi là một domain thứ tư trong cây phát sinh chủng loài của sinh giới mà chỉ được quan tâm đến cơ chế thâu nhận gene của virus từ vật chủ cũng như các giới hạn về kích thước capsid và genome của nó.