Неке инфекције вреди запамтити: Само питајте свој ДНК.
Отприлике осам процената људског генома је порекла вирусног порекла - фосилни запис прошлих болести. Али велика већина ових вирусних реликвија деградирала је пре него што је направила било какву штету: Некако су током миленијума бивши патогени пропадали у трајно стање мировања, остављајући само генетске ожиљке. Данас су у часопису ПНАС научници открили неке тајне које стоје иза овог мистериозног прелаза, уз помоћ једног од најомиљенијих аустралијских марсупиалс.
Блиски сусрети врсте вируса обично су привремени. Вируси улазе у тела као станари, а не власници кућа, желећи се једноставно копирати и проширити на друге домаћине. Али за одређену класу вируса звану ретровируси, привремени закуп често може прерасти у трајни суживот. Када ретровируси нападну ћелије, они убацују своју ДНК у нашу, омогућавајући извршавање нових наредби за ретровирусно кретање упоредо са репертоаром радног места у ћелији. Ако се ретровирус догоди на сперми или јајету, његова генетска упутства могу да пређу на инфилтрирање у ембрион који ће одвести вирусе у свакој од његових ћелија. То омогућава да се сада преноси „ендогени“ ретровирус, стварајући генетску лозу која је само мало више вирусна него раније.
У раним генерацијама вирус може остати нетакнут да се пробуди из стања мировања и заразити изнова. Али док су ретровируси кршили људски геном најмање 30 или 40 пута, већина тих вирусних вагабонда упала је у наше гене најмање 5 милиона година - а мутације које су претрпеле од тада су их учиниле безазленим.
Будући да је прошло толико времена откад смо се бавили новом ретровирусном инвазијом, није било начина да научници посматрају како се наши геноми усклађују с новим сјајима.
Кључ за откривање дела енигме, испада, је нејасан, сив и спава до 18 сати дневно. Сви проучени геноми краљежњака досад су препун ретровирусних остатака, а коала није изузетак. Једина разлика? За разлику од већине других животиња, коале су тренутно умешане у рат са једним од ових преступника - прикладно названим ретровирусом коала - што научницима пружа ретку прилику да прате стварну асортимацију ретровируса у реалном времену.
„Ово је заиста наша прва и једина прилика да се позабавимо овим процесом ... пошто је ретровирус још увек (домаћин) домаћин“, објашњава прва ауторка Улрике Лобер, истраживачица Леибниз института за истраживање зоолошког и дивљинског света у Берлину.
Ретровирус Коала чини се да је релативно млад вирус - нешто што је ушло у популацију у последњих 50.000 година - и остаје значајан противник ових грба. Попут свог далеког релативног ХИВ-а, чини се да ретровирус коала смањује способност свог домаћина да се бори против инфекција, што потенцијално доприноси екстремној рањивости коала на сексуално преносиве болести попут кламидије. Да ствар буде још гора, ретровирус коала повезан је са развојем неколико карцинома, што може да важи и за ендогене ретровирусе код људи.
Упркос овим недостацима, коале живе са овим ретровирусом већ хиљадама година. Нешто је морало да неутралише нападе - али да би разумели овај процес, научници су морали да знају где слетају ти вируси и како се мењају током времена.
Уз помоћ научника који су овог јула објавили потпуну секвенцу генома коала, тим на челу са Алек Греенвоод-ом, професором болести дивљих животиња који надгледа Лоберов рад на Институту Леибниз, и Алфредом Роца, професором генетике и студија о дивљим животињама на Универзитету у Илиноису, коначно је могао да преслика тачке уласка у ретровирус Коала. Геном коала омогућио је изградњу свеобухватне ретровирусне картографије, што је истраживачима дало референтну тачку за проналажење ретровируса коале у геному.
„Имајући [пуни геном] секвенцу коала дао нам је потпуно другачију слику где су [ови ретровируси“, каже Јенни Гравес, професорица која проучава генетику, екологију и еволуцију на Универзитету Ла Тробе, а која није повезана са послом. „То није могуће учинити на било који други начин.“
Истраживачи су прво ископали геноме двеју неповезаних коала ради доказа о вирусним траговима - укључујући још увек активне варијанте ретровируса коала и копије које су већ припитомљене у послушност. Били су изненађени када су пронашли фрагменте коала ретровируса склопљене комадима другог ретровируса званог ПхЕР - ветерана становника генома коала који је давно пустио корене. ПХЕР је вероватно једном био ретровирусни интерлопер, али је већ одавно пао у стање затајења. Када је тим прегледао хибридне секвенце ретровирусних коала ПХЕР-коале - суштински разбијене верзије ретровируса коала - схватили су да је ПхЕР напао и деактивирао ретровирус коале изменом замрзнутих гена коала ретровирус-а за сопствену смећу, у процесу званом рекомбинација.
Иако није повезан са коала ретровирусом, ПХЕР је имао довољно сличности да омогући ову појаву. Генетски прекидач заменио је кључне сегменте коала ретровируса инертним телесним удвостручењима, ефикасно неутралишујући арсенал ретроала вируса коала и закључавајући га. Све рекомбинације захтевају два идентична "бока" са обе стране протеклог дела ДНК: Све док нови сегмент има тачне везе, смртоносни приручник са упутствима може бити замењен манифестом глупости.
Редослед комплетног генома коала омогућио је научницима да истражују како ретровирус коала напада ову врсту у реалном времену. (ПублицДомаинПицтурес) У ствари, ПхЕР, древни ретровирусни елемент, деловао је као геномски сентинел против нових освајача попут ретровируса коала. Када је ПхЕР сам извршио пљачку генома коале пре милионима година, он се заглавио - што је овом вирусу сада давало велико интересовање да заштити свог домаћина од болести: Ако би коала умрла, тако би и ПХЕР.
Дакле, прихватајући став „ако их не можеш победити, придружи им се“, ПХЕР је прешао из вирулентног негативца у вјерног стопала. "Кад геном домаћина и вирусни геном постану једно јединство, они морају научити да се слажу једни са другима", објашњава Роца. "Као да ти стари вируси новим вирусима говоре:" Ово је наша територија, немојте се мијешати са тим. "
Али овај сјајни чин амнестије са стране ПХЕР-а такође може имати приличне мотиве. Препорука са коала ретровирусом није само начин да се истакне конкуренција - ово је прилика да ПХЕР отме неку веома пожељну машинерију. Када ПхЕР замењује коала ретровирусно оружје сопственим безопасним наслеђима, ПХЕР има шансу да стави на себе оне алате који би га могли избити из геномског затвора - и оставити оштећени ретровирус коала да труне на свом месту.
"Овај процес је лош за ретровирус коале јер постаје мање вируса, али добар је и за ПХЕР, оригинални ендогени ретровирус, јер му омогућава да се размножава", каже Греенвоод.
Мало је вероватно да би се ПХЕР појавио из унакрсне ватре као потпуно заразни заразни вирус: У геному се предуго троши. Осакаћивање новог ретровируса може дати ПХЕР-у шансу да изгуби окове - али најтеже последице сноси сам коала ретровирус. Лобер сумња да посматрамо споро прикројивање овог патогена.
Заправо, чини се да је рекомбинација критична за инактивирање ретро вируса коала. Када су истраживачи претражили геноме 166 коала дистрибуираних по Аустралији, открили су да појединачне коале носе саломљене копије ретровируса коале на многим различитим локацијама у њиховим генима. Ретровирус Коала активно се ширио популацијом коала - али изнова и изнова, ПХЕР је подизао скокове док противник није изгубио ноге. Велика преваленција ретроактивног разоружања коала показала је да је рекомбинација са ПХЕР-ом нето позитивна за врсте коала.
Међутим, нису све интеграције створене једнаким. Према Мариа Токуиама, постдокторској истраживачици која проучава ендогене ретровирусе на универзитету Иале, јер је коала ретровирус стациониран на толико пуно места у геному, неки ће вероватно бити кориснији од других. "Ниже, ово може утицати на опстанак одређених група у односу на друге, " објашњава Токуиама, која није била укључена у истраживање.
Према Греенвооду и Роца, након стотина хиљада година, вирусне верзије ретровируса коале вероватно ће нестати из становништва, све док не остану само успомене на њену заразну прошлост. Кад се то догоди, претучени аутостопи који остају - они стационирани на местима која су најмање штетна за њихове домаћине - бит ће иста у свим коалама, попут древних ендогених ретровируса код људи.
Наравно, рекомбинација не може бити једини начин да ретровируси колонизирају геном. Например, први упади се нису могли ослонити на претходне становнике. Домаћа ћелијска машина може директно искључити вирусну ДНК; или, ако вирус направи грешку током сопствене репродукције, може се случајно укинути на месту. Вертебрате генома су набујале са десетинама ових генских гробова, а сваки се спомиње различитом древном инвазијом некад вирулентног вируса.
У свом будућем раду научници ће пратити како се коала ретровирус и даље уграђује у геном секвенцирањем генома потомства коала који су наследили покварене копије вируса. Поред тога, тим планира да настави са тестирањем веза између ретровируса коала, рака и имунолошког супресије у нади да ће сачувати све мање заједнице рањивих коала.
Вилла Хустон, професор микробиологије на Универзитету за технологију у Сиднеју који није био повезан са студијом, похвалио је рад као „узбудљив“ и „висок квалитет“ - запажање „заиста лепог научног експеримента“, који се природно одвија у дивљини. Хустон, који проучава кламидију у коалама, такође наглашава важност ових налаза за будућност коала у целини. "Следећа фаза [овог истраживања] је разумевање шта значи очување ове врсте", каже она.
Иако је ретровирус коале учинио прилично много на аустралијским марсупиалима који емулирају еукалиптус, на крају тунела можда постоји светло: Заједница вируса и кичмењака понекад може донети неочекиване користи. Кад вируси копају по петама, геном домаћина може повремено искористити врхунске трикове својих непријатеља у трговини. На пример, код других сисара, формација плаценте кооптира ретровирусни протеин. Без тога, људи какви их данас познајемо, једноставно не би постојали. Можда је одбрамбена стратегија ПХЕР-а предсказивач времена, када ретровирус коала такође може уживати у мање антагонистичком (или чак корисном) односу са својим власницима коала. У будућим генерацијама које долазе треба да коали још окрену столове једном од својих најгрознијих непријатеља.
