„Obelisks“: Neue Klasse von Lebensformen im menschlichen Verdauungssystem entdeckt

 (sciencealert.com)
1 Punkte von GN⁺ 2024-12-31 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Im menschlichen Körper und in Mikrobiomen weltweit wurden virusähnliche RNA-Entitäten namens Obelisks entdeckt, die keinen bekannten biologischen Akteuren ähneln und die Grenzen der Klassifikation in der mikrobiellen Welt neu in den Blick rücken
  • Obelisks haben eine kurze ringförmige RNA-Struktur von etwa 1.000 Nukleotiden; ihren Namen verdanken sie ihrer symmetrischen Stabform
  • In einer noch nicht peer-reviewten Preprint-Studie wurden in 5,4 Millionen öffentlichen Datensätzen genetischer Sequenzen fast 30.000 Arten von Obelisks identifiziert; sie traten in rund 10 % der untersuchten menschlichen Mikrobiome auf
  • In einem Datensatz wurden Obelisks in 50 % der Mundproben von Patienten gefunden; aus dem häufigen Mundbakterium Streptococcus sanguinis wurde ein 1.137 Nukleotide langer Obelisk isoliert
  • Obelisks codieren eine neue Proteinfamilie namens Oblins, zeigen aber keine Gene für die Proteinhülle von Viren, sodass die Möglichkeit bleibt, dass sie eher RNA-Plasmiden als Viren ähneln

Entdeckung und Verbreitung der Obelisks

  • Bei der Untersuchung mikrobieller Gemeinschaften im menschlichen Körper fand das Forschungsteam genetisches Material, bei dem keine Sequenz- oder Strukturähnlichkeit zu bekannten biologischen Akteuren erkennbar war
  • Das Team um Ivan Zheludev von der Stanford University hält es für möglich, dass diese Entitäten keine Viren sind, sondern eine neue Gruppe darstellen, die die Lücke zwischen den einfachsten genetischen Molekülen und komplexeren Viren schließt
  • Obelisks werden als vielfältige RNA-Klasse beschrieben, die in menschlichen und weltweiten Mikrobiomen beheimatet ist, aber bisher unentdeckt blieb
  • Der Name leitet sich von der symmetrischen Stabstruktur ab, die an antike Obelisken erinnert und durch die verdrehte RNA-Länge entsteht
  • Die genetische Sequenz umfasst nur etwa 1.000 Nukleotide; wegen dieser kurzen Länge könnten sie in früheren Studien übersehen worden sein
  • In der noch nicht peer-reviewten Preprint-Studie durchsuchte das Team 5,4 Millionen öffentliche Datensätze genetischer Sequenzen
    • Dabei wurden fast 30.000 Arten verschiedener Obelisks identifiziert
    • In rund 10 % der untersuchten menschlichen Mikrobiome traten Obelisks auf
    • In einem Datensatz wurden Obelisks in 50 % der Mundproben von Patienten gefunden
  • Es zeigte sich außerdem, dass unterschiedliche Arten von Obelisks in verschiedenen Körperregionen vorkommen; das könnte darauf hindeuten, dass sie Bewohner des jeweiligen menschlichen Mikrobioms sind

Unterschiede zu Viren, Viroiden und Plasmiden

  • Das Forschungsteam isolierte im menschlichen Mikrobiom eine Art von Wirtszelle eines Obelisk; der Wirt ist das häufige menschliche Mundmikroben Streptococcus sanguinis
    • Der Obelisk in diesem Mikroorganismus hat eine ringförmige Struktur mit 1.137 Nukleotiden
    • Die Wirte anderer Obelisks sind noch unbekannt, aber zumindest einige dürften in Bakterien vorkommen
  • Alle Obelisks scheinen eine neue Proteinfamilie zu codieren, die das Team Oblins nennt
    • Die Anweisungen zur Herstellung dieser Proteine scheinen mindestens die Hälfte des genetischen Materials der Obelisks auszumachen
    • Da Oblins über Obelisks hinweg sehr ähnlich sind, vermutet das Team, dass sie am Replikationsprozess beteiligt sein könnten
  • Die Fähigkeit, Proteine zu codieren, unterscheidet Obelisks von den bekannten RNA-Ringen namens Viroide
  • Gleichzeitig scheinen Obelisks keine Gene zu besitzen, die eine Proteinhülle bilden, wie sie RNA-Viren, darunter COVID-19, außerhalb von Zellen tragen können
  • Obelisks sind deutlich größer als Plasmide, genetische Moleküle, die von Pflanzen bis zu Bakterien innerhalb von Zellen koexistieren; Plasmide bestehen normalerweise aus DNA
  • Noch ist nicht geklärt, welche Auswirkungen Obelisks auf bakterielle Wirte haben und wie sie sich zwischen Zellen ausbreiten
  • Die Schlussfolgerung des Forschungsteams geht dahin, dass diese Elemente möglicherweise nicht „viral“ sind, sondern eher RNA-Plasmiden ähneln
  • Die Studie ist als Preprint auf bioRxiv veröffentlicht und wurde noch nicht peer-reviewt

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-12-31
Hacker-News-Kommentare

  • Cool :) Ich bin Mitautor dieser Studie. Fragt mich alles
    Das Paper hat inzwischen das Peer Review durchlaufen und wurde letzten Monat in Cell veröffentlicht: [https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01091-2]
    Obelisks sind Teil eines größeren laufenden Forschungsprogramms an der University of Toronto und mit Kooperationspartnern; dazu kann man sich auch das Paper zu Virus-Viroid Hybrids [https://www.nature.com/articles/s41467-023-38301-2] und Zeta-Elements [https://www.nature.com/articles/s41586-021-04332-2] ansehen
    Computational Biology erweitert unser Verständnis der Biodiversität auf der Erde revolutionär, und ich denke, Zeta-elements, Ambiviruses und Obelisks sind erst der Anfang. Falls ihr interessiert seid: Das „Laboratory for RNA-Based Lifeforms“ der University of Toronto stellt engagierte Entwickler/Postdocs/Doktoranden ein: [https://www.rnalab.ca]
    Ich mache hier erst einmal Schluss. Wenn noch Fragen offen sind, schaue ich später heute noch einmal rein

    • Bedeutet die Aussage, „Obelisks bilden eine eigene Klade ohne nachweisbare Ähnlichkeit zu bekannten biologischen Agenzien“, wirklich, dass sie keinerlei Ähnlichkeit zu irgendeiner Sequenz haben, einschließlich Viren oder Viroide?
      Nach meinem Verständnis sieht man innerhalb bekannter Lebenszweige viel Konservierung, und neue Zweige findet man nicht häufig, daher ist das sehr spannend
      Ist es üblicher, völlig neue Viren/Viroide zu finden? Wie oft werden auf Sequenzebene wirklich neue biologische Agenzien entdeckt?
    • Wie passen Obelisks zu allgemein bekannten Lebensformen?
      Die Interaktion zwischen Zellen/Bakterien und Viren ist leicht zu verstehen. Ein Virus infiziert eine Zelle und macht sie zu einer Virusfabrik
      Was machen Obelisks? Werden sie in der Zelle in die DNA-Maschinerie oder in Organellen integriert oder ausgelesen, sodass mehr Obelisks entstehen?
      Wie sieht ihr Lebenszyklus aus, und was unterscheidet sie von bereits bekannten Viroiden?
    • Woher weiß man, dass das nicht irgendetwas ist, das sich selbst repliziert, sondern nicht einfach Abfall oder Zwischenprodukte anderer Zellen?
    • Vereinfacht gesagt wirken sie wie stäbchenförmige RNA-Plasmide, die ohne Membran oder Hülle existieren und ein paar Proteine codieren. Ist dieses Verständnis richtig? Ist das bereits so weit geklärt?
    • Könnte es noch mehr solcher Entitäten geben, die bisher nicht entdeckt wurden oder schwer zu entdecken sind?
      Zum Beispiel noch mehr Obelisks oder ähnliche „lebensartige“ Dinge in Genomproben?

  • Die Formulierung „eine völlig neue Class virusähnlicher Objekte“ hat mich zunächst verwirrt. Class ist hier offenbar nicht im technischen Sinn der taxonomischen Rangstufe zwischen Stamm und Ordnung gemeint

    • Mich hat es nicht verwirrt. Ich hätte nicht erwartet, dass eine neu entdeckte taxonomische Klasse eine Nachricht in den Massenmedien wird, sondern eher etwas auf höherer Ebene, und der tatsächliche Fund entsprach dieser Erwartung
    • sciencealert.com ist eine populärwissenschaftliche Website, daher verwendet sie solche Begriffe nicht so streng

  • Es ist wirklich schön, dass wir neue Puzzleteile dazu finden, wie der Darm funktioniert. Hoffentlich verstehen wir eines Tages auch die Auswirkungen auf Immunsystem, Neurodegeneration, Krebs usw., wo wir derzeit noch auf Zufallsfunde angewiesen sind

  • Wenn die genetische Sequenz von Obelisks nur etwa 1.000 Zeichen lang ist, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass sie durch zufällige chemische Prozesse fast überall in Raum und Zeit des Universums erneut entstehen könnten. Sollte man das panglobal nennen?

  • Diese Studie ist noch nicht peer-reviewed, daher klingt die Behauptung im Titel etwas zu selbstsicher

    • Die später im selben Jahr erschienene Journal-Veröffentlichung ist hier:
      https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01091-2
      Es handelt sich wirklich um eine neue Familie genomischer Elemente
    • Vielleicht sollte man Obelisks bis zum Peer Review mit einem Sternchen versehen
    • Peer Review leistet nicht die Rolle, die du ihm offenbar zuschreibst
    • Ein Mitautor (vermutlich der oberste Kommentar) hat gerade gesagt, dass es inzwischen peer-reviewed ist
      Nicht, dass das allzu viel ausmachen würde

  • Der Artikel ist von Januar; wurde die Studie inzwischen in einem Journal veröffentlicht?

  • Aber inwiefern sind das Lebewesen? Leben wird normalerweise über die Fähigkeit zur Fortpflanzung definiert, und diese scheinen auf die Zellmaschinerie eines Wirts aufzuspringen
    Gibt es einen bekannten Nutzen, oder könnte auch irgendeine Junk-DNA an ihrer Codierung beteiligt gewesen sein?

    • Nach meinem groben Verständnis ist die Definition von Leben in der heutigen Biologie ziemlich unscharf geworden
      Insbesondere meines Wissens hat die „Virus-first“-Theorie zum Ursprung des Lebens an Bedeutung gewonnen. Demnach gab es zuerst eine Protein/DNA-Suppe, dann kamen Viren, und erst danach traten zelluläre Organismen auf
      Und wenn man etwas will, das nicht auf etwas anderes „aufspringt“, muss man bis zu photosynthetischen Pflanzen warten; das liegt in der Evolution einige Schritte später. So jedenfalls mein Laienverständnis der aktuellen Theorie

  • Könnten das Überbleibsel der RNA-Welt sein?

  • Interessant ist, dass RNA-Modifikationen vielfältiger sind als DNA-Modifikationen und wir gerade erst anfangen, Methoden zu entwickeln, um sie zu entdecken. Nanopore-Sequenzierung von Oxford Nanopore Technology ist die erste Technologie, die native RNA und ihre Modifikationen sequenzieren kann; habt ihr diesen Bereich ebenfalls untersucht?