Wirusy, które nękały naszych przodków miliony lat temu, nie są starożytną historią - wciąż są z nami. Resztki genów wirusowych stanowią stosunkowo dużą część naszego współczesnego DNA, a naukowcy przeważnie nie byli pewni, jaką rolę odgrywają, jeśli w ogóle, jaką rolę odgrywają.
powiązana zawartość
- W przypadku wirusów najlepszym sposobem na zarażenie dziecka jest mama
- Kiedy przychodzi do wirusa Zachodniego Nilu, kardynałowie z Atlanty mogą być naszymi pierzastymi wybawcami
- Niektóre drobnoustroje przenoszone drogą płciową mogą być dla ciebie dobre
- 11 powodów, dla których warto kochać bakterie, grzyby i zarodniki
Teraz dowody sugerują, że podczas ewolucji człowieka wybraliśmy resztki materiału genetycznego z niektórych z tych „wirusów kopalnych”, aby przewrócić tabele i pomóc naszemu układowi odpornościowemu w walce z chorobami.
Naukowcy wiedzą, że nasze DNA jest przesycone kawałkami wirusów, odkąd ludzki genom został zsekwencjonowany około 15 lat temu. Mimo to „zaskakuje wielu ludzi”, mówi współautor badania Cedric Feschotte, genetyk z University of Utah. „To prawie niepokojące”.
Dodatkowy kod genetyczny pochodzi w szczególności z retrowirusów, które atakują komórki gospodarza w unikalny sposób. „Spośród wszystkich wirusów zwierzęcych są one jedynymi, które integrują własny materiał genetyczny z chromosomami gospodarza” - mówi Feschotte.
Kiedy starożytne retrowirusy zainfekowały naszych przodków, czasami infiltrowały ludzką plemnik lub komórkę jajową. Jeśli komórki te zapłodnią embrion, wszelkie włączone do nich geny wirusowe mają bilet na przejazd z pokolenia na pokolenie.
Po drodze DNA tych najeźdźców czasami rodziło nowe wirusy - ale tylko przez jakiś czas. Z upływem pokoleń mutacje genetyczne stopniowo zmieniały te wirusy i ostatecznie ograniczały ich zdolność do infekowania nowych komórek lub pełnej replikacji. Dziś większość starożytnych wirusowych osobliwości pozostawionych w ludzkim genomie nie ma żadnej oczywistej funkcji.
„Ważne jest, aby zrozumieć, że z tych 8 procent - tych setek tysięcy kawałków DNA rozrzuconych po całym genomie - większość tego materiału po prostu tam siedzi i ulega rozkładowi”, wyjaśnia Feschotte. „Naszą pracą, a właściwie pracą naszego doktora Eda Chuonga, który wykonał całą tę pracę, było znalezienie igieł w stogu siana - w celu zidentyfikowania niektórych z tych kilku elementów, które mogły zostać wybrane na innowacje komórkowe w przebieg ewolucji ”.
W ramach swojej pracy naukowcy przyjrzeli się fragmentom starożytnych retrowirusów, które znajdują się w pobliżu genów znanych z odporności. Odkryli, że wirusy kopalne aktywują się po ekspozycji na białka sygnalizacyjne zwane interferonami, które są uwalniane przez białe krwinki i inne komórki podczas infekcji wirusowej. Interferony hamują wzrost wirusów i uruchamiają produkcję białek przeciwwirusowych w innych pobliskich komórkach.
Zespół przyjrzał się następnie trzem różnym liniom ludzkich komórek, aby sprawdzić, czy wirusy kopalne w ich genomach mogą się wiązać z prozapalnymi białkami sygnałowymi, które pomagają uruchomić system odpornościowy. Zidentyfikowali 20 rodzin, które to zrobiły, w tym jedną nazwaną MER41, która dostała się do naszego drzewa ewolucyjnego jako wirus około 45 do 60 milionów lat temu.
Zespół zbadał następnie funkcjonowanie układu odpornościowego bez niektórych z tych składników wirusowych. Użyli narzędzia do edycji genomu o nazwie CRISPR / Cas9, aby usunąć cztery fragmenty resztkowego DNA wirusa. Za każdym razem, gdy to robili, osłabiał nasz wrodzony układ odpornościowy - komórki nie reagowały w pełni na interferony, tak jak wcześniej, zespół donosi w tym tygodniu w Science .
Naukowcy spekulują, że takie zmiany regulacyjne zapewniły kiedyś, że starożytny wirus będzie mógł się replikować przed odpowiedzią immunologiczną, co jest strategią obserwowaną w nowoczesnych retrowirusach, w tym w HIV.
„Nie byliśmy zbyt zaskoczeni, widząc, że 50 milionów lat temu wirus mógł już wykorzystywać tę strategię do swoich samolubnych celów”, mówi Feschotte. „To ironiczne, że tabele się odwróciły i że te elementy pochodzące z wirusów zostały dokooptowane do regulacji genów, które kontrolują między innymi infekcje wirusowe”.
Badanie kończy się, ponieważ dodaje do rosnących dowodów na to, że materiał genetyczny ze starożytnych wirusów został ponownie wykorzystany na naszą korzyść, mówi wirusolog medyczny z Oxfordu, Gkikas Magiorkinis. Na przykład białko zwane syncytyną, które jest niezbędne do budowy łożyska u ssaków, pochodzi ze starożytnego genu wirusowego, który kiedyś pomagał wirusowi rozprzestrzeniać się w organizmie.
„Rzadko zdarza się, aby niektóre z tych sekwencji wirusowych wylądowały we właściwym miejscu we właściwym czasie, ale najwyraźniej było wiele możliwości i to jest klucz” - mówi Feschotte. „To prawdopodobnie wierzchołek góry lodowej”.
Magiorkinis zauważa jednak, że chociaż wirusowe DNA wydaje się w pewnych okolicznościach przyspieszać nasze geny, niekoniecznie jest to coś, co było niezbędne dla naszego przetrwania. Zamiast tego niektórzy wirusowi pomocnicy prawdopodobnie stali się aktywni, ponieważ dawali starożytnym ludziom przewagę w określonych okolicznościach.
„Na przykład” - spekuluje - „wzmocnienie wrodzonych odpowiedzi immunologicznych, jak opisano w artykule, prawdopodobnie zapewniłoby sposób na zwalczenie starożytnej epidemii spowodowanej egzogenną postacią retrowirusa, a może nawet inną”.
Podobne procesy mogły również przynieść ciemniejsze wyniki. Takie resztki wirusowe powiązano z licznymi dolegliwościami, w tym z chorobą neurodegeneracyjną ALS. Rola, jaką mogą odgrywać te geny w tej i innych dolegliwościach, pozostaje niejasna, ale Feschotte i jego zespół sądzą, że ich praca może dostarczyć nowych wskazówek co do powodów, dla których wirusowe resztki stają się aktywne w naszym genomie i tego, co dzieje się, gdy proces ten idzie nie tak.
„Reaktywacja niektórych z tych przełączników pochodzących z wirusów może sugerować testowalną hipotezę dotyczącą tego, co może się stać, gdy te sekwencje wirusowe zostaną źle uregulowane, na przykład w kontekście niektórych chorób nowotworowych i autoimmunologicznych”, mówi.
