Вирусы, которые мучили наших предков миллионы лет назад, не являются древней историей - они все еще с нами. Остатки вирусных генов составляют относительно большую часть нашей современной ДНК, и ученые в основном не уверены, какую роль они играют, если они вообще есть.
Связанный контент
- Для вирусов лучший способ заразить малыша - это мама
- Когда дело доходит до вируса Западного Нила, кардиналы Атланты могут быть нашими пернатыми спасителями
- Некоторые микробы, передающиеся половым путем, могут быть полезны для вас
- 11 причин любить бактерии, грибы и споры
Теперь есть свидетельства того, что в ходе эволюции человека мы использовали оставшийся генетический материал от некоторых из этих «ископаемых вирусов», чтобы превратить таблицы в таблицы и помочь нашей иммунной системе бороться с болезнями.
Ученые знают, что наша ДНК изобилует кусочками вирусов, так как геном человека впервые был секвенирован около 15 лет назад. Тем не менее, «это удивляет многих», - говорит соавтор исследования Седрик Фешотт, генетик из Университета Юты. «Это почти тревожно».
Дополнительный генетический код происходит именно от ретровирусов, которые уникальным образом проникают в клетки-хозяева. «Среди всех вирусов животных они являются единственными, которые интегрируют свой собственный генетический материал в хромосомы своего хозяина», - говорит Фешотт.
Когда древние ретровирусы заражали наших предков, они иногда проникали в человеческую сперму или яйцеклетку. Если эти клетки продолжали оплодотворять эмбрион, у любых вирусных генов, включенных в них, был билет для перехода от одного поколения к другому.
Попутно ДНК этих захватчиков порождала появление новых вирусов, но только на некоторое время. В течение нескольких поколений генетические мутации постепенно изменяли эти вирусы и в конечном итоге ограничивали их способность заражать новые клетки или полностью размножаться. Сегодня большинство древних вирусных странностей, оставшихся в геноме человека, не имеют очевидной функции.
«Важно понимать, что из этих 8 процентов - этих сотен тысяч кусочков ДНК, разбросанных по всему геному, - большая часть этого материала просто сидит там и разлагается», - объясняет Фешотт. «Наша работа, и в действительности работа нашего постдокторанта Эд Чуонга, который проделал всю эту работу, заключалась в том, чтобы найти иголки в стоге сена - выявить некоторые из тех немногих элементов, которые могли быть использованы для клеточных инноваций в ход эволюции ».
В рамках своей работы ученые рассмотрели фрагменты древних ретровирусов, которые находятся рядом с генами, которые, как известно, функционируют в иммунитете. Они обнаружили, что ископаемые вирусы активируются при воздействии сигнальных белков, называемых интерферонами, которые выделяются лейкоцитами и другими клетками во время вирусной инфекции. Интерфероны ингибируют рост вируса и запускают производство антивирусных белков в других соседних клетках.
Затем команда изучила три разные линии человеческих клеток, чтобы увидеть, могут ли ископаемые вирусы в их геномах связываться с провоспалительными сигнальными белками, которые помогают запустить иммунную систему. Они определили 20 семей, которые сделали это, в том числе одну, получившую название MER41, которая вошла в наше эволюционное древо как вирус 45–60 миллионов лет назад.
Затем команда исследовала, как иммунная система функционировала без некоторых из этих вирусных компонентов. Они использовали инструмент редактирования генома CRISPR / Cas9, чтобы удалить четыре фрагмента остатка вирусной ДНК. Каждый раз, когда они это делали, это наносило вред нашей врожденной иммунной системе - клетки не полностью реагировали на интерфероны, как раньше, сообщает команда на этой неделе в Science .
Исследователи предполагают, что такие регуляторные изменения когда-то гарантировали, что древний вирус сможет размножаться перед иммунным ответом, стратегией, которая наблюдалась в современных ретровирусах, включая ВИЧ.
«Мы не были слишком удивлены, увидев, что 50 миллионов лет назад вирус, возможно, уже использовал эту стратегию в своих корыстных целях», - говорит Фешотт. «Ирония в том, что таблицы изменились, и что эти производные от вируса элементы были использованы для регулирования генов, которые контролируют, среди прочего, вирусные инфекции».
Исследование выходит интересным, потому что оно добавляет к растущему количеству доказательств того, что генетический материал древних вирусов был повторно использован в наших интересах, говорит медицинский вирусолог Оксфордского университета Гкикас Магиоркинис. Например, белок под названием синцитин, который необходим для создания плаценты у млекопитающих, происходит от древнего вирусного гена, который когда-то помог вирусу распространиться в организме.
«Редко случается, что некоторые из этих вирусных последовательностей попадают в нужное место в нужное время, но очевидно, что было много возможностей, и это ключ», - говорит Фешотт. «Это, вероятно, верхушка айсберга».
Magiorkinis отмечает, однако, что, хотя вирусная ДНК, по-видимому, стимулирует наши гены при определенных обстоятельствах, это не обязательно является чем-то необходимым для нашего выживания. Вместо этого некоторые вирусные помощники, вероятно, стали активными, потому что они давали древним людям преимущество при определенных обстоятельствах.
«Например, - размышляет он, - усиление врожденных иммунных реакций, как описано в статье, вероятно, обеспечило способ борьбы с древней эпидемией, вызванной экзогенной формой ретровируса, или, возможно, даже другой».
Подобные процессы могли также привести к более темным результатам. Такие вирусные остатки были связаны с многочисленными заболеваниями, включая нейродегенеративное заболевание БАС. Роль, которую эти гены могут играть в этом и других недугах, остается неясной, но Фешотт и его команда считают, что их работа может дать новые подсказки о причинах, по которым вирусные остатки становятся активными в нашем геноме, и о том, что происходит, когда этот процесс идет неправильно.
«Реактивация некоторых из этих происходящих из вирусов переключателей может предложить проверяемую гипотезу относительно того, что может произойти, когда эти вирусные последовательности станут нерегулируемыми, например, в контексте некоторых видов рака и аутоиммунных заболеваний», - говорит он.
