De virussen die onze voorouders miljoenen jaren geleden hebben geteisterd, zijn geen oude geschiedenis - ze zijn nog steeds bij ons. Restanten van virale genen maken een relatief groot deel uit van ons moderne DNA, en wetenschappers weten meestal niet welke rol ze spelen.
gerelateerde inhoud
- Voor virussen is mama de beste manier om baby te infecteren
- Als het op het West-Nijlvirus aankomt, kunnen Atlanta's kardinalen onze gevederde redders zijn
- Sommige seksueel overdraagbare microben kunnen goed voor je zijn
- 11 redenen om van bacteriën, schimmels en sporen te houden
Nu is er bewijs dat tijdens de menselijke evolutie we overgebleven genetisch materiaal van sommige van deze "fossiele virussen" hebben gekozen om de rollen om te draaien en ons immuunsysteem te helpen ziekten te bestrijden.
Wetenschappers hebben geweten dat ons DNA bezaaid is met stukjes virussen sinds het menselijk genoom zo'n 15 jaar geleden voor het eerst werd gesequenced. "Toch is het voor veel mensen verrassend", zegt co-auteur Cedric Feschotte, een geneticus aan de Universiteit van Utah. "Het is bijna verontrustend."
De extra genetische code is specifiek afkomstig van retrovirussen, die gastheercellen op een unieke manier binnenvallen. "Van alle dierlijke virussen zijn zij de enigen die hun eigen genetisch materiaal integreren in de chromosomen van hun gastheer, " zegt Feschotte.
Toen oude retrovirussen onze voorouders infecteerden, infiltreerden ze af en toe een menselijk sperma of eicel. Als die cellen een embryo zouden bevruchten, hadden alle virale genen erin een ticket om van de ene generatie naar de volgende te rijden.
Onderweg veroorzaakte het DNA van deze indringers soms nieuwe virussen - maar slechts voor een tijdje. Door de generaties heen veranderden genetische mutaties geleidelijk deze virussen en sloten uiteindelijk hun vermogen af om nieuwe cellen te infecteren of zichzelf volledig te repliceren. Tegenwoordig hebben de meeste oude virale eigenaardigheden in het menselijk genoom geen duidelijke functie meer.
"Het is belangrijk om te begrijpen dat van deze 8 procent - deze honderdduizenden stukjes en beetjes DNA verspreid over het hele genoom - het meeste van dat materiaal gewoon daar zit en vervalt, " legt Feschotte uit. “Onze taak, en eigenlijk die van onze postdoctorale medewerker Ed Chuong, die al dit werk deed, was om de naalden in de hooiberg te vinden - om enkele van de weinige elementen te identificeren die mogelijk zijn gekozen voor cellulaire innovatie in de verloop van de evolutie. "
Als onderdeel van hun werk keken de wetenschappers naar stukjes oude retrovirussen die in de buurt van genen zitten waarvan bekend is dat ze in immuniteit functioneren. Ze ontdekten dat de fossiele virussen worden geactiveerd wanneer ze worden blootgesteld aan signaaleiwitten die interferonen worden genoemd, die worden vrijgemaakt door witte bloedcellen en andere cellen tijdens een virale infectie. Interferonen remmen de virale groei en starten de productie van antivirale eiwitten in andere nabijgelegen cellen.
Het team keek vervolgens naar drie verschillende lijnen van menselijke cellen om te zien of fossiele virussen in hun genomen konden binden met pro-inflammatoire signaaleiwitten die helpen het immuunsysteem op te starten. Ze identificeerden 20 families die dat deden, waaronder één genaamd MER41 die zo'n 45 tot 60 miljoen jaar geleden als een virus in onze evolutie terechtkwam.
Het team onderzocht vervolgens hoe het immuunsysteem functioneerde zonder enkele van deze virale componenten. Ze gebruikten een genoombewerkingstool genaamd CRISPR / Cas9 om vier delen van het resterende virus-DNA te verwijderen. Elke keer dat ze dat deden, verlamde het ons aangeboren immuunsysteem - de cellen reageerden niet volledig op interferonen zoals ze eerder hadden gedaan, meldt het team deze week in Science .
De onderzoekers speculeren dat dergelijke regulerende schakelaars ooit ervoor zorgden dat het oude virus zichzelf zou kunnen repliceren vóór de immuunrespons, een strategie die is gezien in moderne retrovirussen, waaronder HIV.
"We waren niet zo verrast om te zien dat 50 miljoen jaar geleden een virus die strategie misschien al voor zijn eigen egoïstische doel had gebruikt, " zegt Feschotte. "Het is ironisch dat de tabellen zijn omgedraaid en dat deze van virussen afgeleide elementen zijn gecoöpteerd om genen te reguleren die onder andere virale infecties beheersen."
De studie is spannend omdat het bijdraagt aan het toenemende bewijs voor de manier waarop genetisch materiaal van oude virussen in ons voordeel is hergebruikt, zegt Gkikas Magiorkinis, medische viroloog van de Universiteit van Oxford. Een eiwit genaamd syncytine, dat essentieel is voor het bouwen van de placenta bij zoogdieren, is bijvoorbeeld afgeleid van een oeroud viraal gen dat ooit het virus heeft helpen verspreiden in het lichaam.
"Het gebeurt maar zelden dat sommige van deze virale sequenties op het juiste moment op de juiste plek zijn geland, maar er zijn duidelijk veel kansen geweest, en dat is de sleutel", zegt Feschotte. "Dit is waarschijnlijk het topje van de ijsberg."
Magiorkinis merkt echter op dat hoewel viraal DNA onze genen onder bepaalde omstandigheden een boost lijkt te geven, het niet noodzakelijk iets is dat onmisbaar was voor onze overleving. In plaats daarvan werden sommige virale helpers waarschijnlijk actief omdat ze oude mensen een voordeel gaven onder specifieke omstandigheden.
"Bijvoorbeeld, " speculeert hij, "zal een boost van de aangeboren immuunresponsen, zoals beschreven in de krant, waarschijnlijk een manier hebben opgeleverd om een oude epidemie te bestrijden die wordt veroorzaakt door de exogene vorm van het retrovirus, of misschien zelfs een andere."
Soortgelijke processen hadden ook donkerdere resultaten kunnen opleveren. Dergelijke virale overblijfselen zijn in verband gebracht met tal van aandoeningen, waaronder de neurodegeneratieve ziekte ALS. De rol die deze genen in deze en andere kwalen kunnen spelen, blijft onduidelijk, maar Feschotte en zijn team denken dat hun werk nieuwe aanwijzingen kan geven over de redenen waarom virale overblijfselen actief worden in ons genoom en wat er gebeurt wanneer dat proces misgaat.
"De reactivering van sommige van deze virale afgeleide schakelaars zou een testbare hypothese kunnen suggereren over wat er zou kunnen gebeuren wanneer deze virale sequenties verkeerd worden gereguleerd, bijvoorbeeld in de context van bepaalde kanker en auto-immuunziekten, " zegt hij.
