https://frosthead.com

Γονίδια ιών στο ανθρώπινο DNA μπορούν, με έκπληξη, να μας βοηθήσουν να καταπολεμήσουμε τις λοιμώξεις

Οι ιοί που μαστίζουν τους προγόνους μας πριν από εκατομμύρια χρόνια δεν είναι αρχαία ιστορία-είναι ακόμα μαζί μας. Τα κατάλοιπα των ιογενών γονιδίων αποτελούν ένα σχετικά μεγάλο μέρος του σύγχρονου DNA μας και οι επιστήμονες έχουν ως επί το πλείστον ασαφείς τους ρόλους, αν υπάρχουν, που παίζουν.

σχετικό περιεχόμενο

  • Για τους ιούς, ο καλύτερος τρόπος για να μολυνθεί το μωρό είναι μέσω της μαμάς
  • Όταν έρχεται στον ιό του Δυτικού Νείλου, οι καρδινάλλοι της Ατλάντα μπορεί να είναι οι φτερωτοί μας σκοποί
  • Μερικά σεξουαλικώς μεταδιδόμενα μικρόβια μπορεί να είναι ωραία για εσάς
  • 11 λόγοι για αγάπη βακτήρια, μύκητες και σπόρια

Τώρα τα στοιχεία δείχνουν ότι κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης εξέλιξης έχουμε συν-επιλεγεί απομεινάρια γενετικού υλικού από μερικούς από αυτούς τους "ορυκτούς ιούς" για να γυρίσουμε τα τραπέζια και να βοηθήσουμε το ανοσοποιητικό μας σύστημα να καταπολεμήσει τις ασθένειες.

Οι επιστήμονες έχουν καταλάβει ότι το DNA μας είναι γεμάτο με κομμάτια ιού από τότε που το ανθρώπινο γονιδίωμα κατατάχθηκε για πρώτη φορά πριν από περίπου 15 χρόνια. Ωστόσο, «είναι εκπληκτικό για πολλούς ανθρώπους», λέει ο συγγραφέας της μελέτης Cedric Feschotte, γενετιστής στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα. "Είναι σχεδόν ανησυχητικό."

Ο πρόσθετος γενετικός κώδικας προέρχεται ειδικά από ρετροϊούς, οι οποίοι εισβάλλουν κύτταρα ξενιστών με μοναδικό τρόπο. "Μεταξύ όλων των ζωικών ιών, είναι οι μόνοι που ενσωματώνουν το δικό τους γενετικό υλικό στα χρωμοσώματα του οικοδεσπότη τους", λέει ο Feschotte.

Όταν αρχαίοι ρετροϊοί μολύνουν τους προγόνους μας, περιστασιακά διείσδυσαν ένα ανθρώπινο σπέρμα ή κύτταρο αυγών. Εάν αυτά τα κύτταρα συνέχισαν να γονιμοποιήσουν ένα έμβρυο, όλα τα ιικά γονίδια που ενσωματώνονται σε αυτά είχαν ένα εισιτήριο για να οδηγούν από τη μία γενιά στην άλλη.

Κατά μήκος του δρόμου, το DNA αυτών των εισβολέων μερικές φορές προκάλεσε νέους ιούς - αλλά μόνο για λίγο. Κατά τη διάρκεια των γενεών, οι γενετικές μεταλλάξεις σταδιακά αλλοίωσαν αυτούς τους ιούς και τελικά απενεργοποίησαν την ικανότητά τους να μολύνουν νέα κύτταρα ή να αναπαράγουν πλήρως τους εαυτούς τους. Σήμερα, οι περισσότερες από τις αρχαίες ιογενείς ιδιότητες που απομένουν στο ανθρώπινο γονιδίωμα δεν έχουν καμία προφανή λειτουργία.

"Είναι σημαντικό να καταλάβουμε ότι από αυτό το 8% - αυτά τα εκατοντάδες χιλιάδες κομμάτια DNA διασκορπισμένα σε όλο το γονιδίωμα - το μεγαλύτερο μέρος αυτού του υλικού απλά κάθεται εκεί και διασπάται" εξηγεί ο Feschotte. "Η δουλειά μας και πραγματικά αυτή του μεταδιδακτορικού μας συνεργάτη, Ed Chuong, που έκανε όλη αυτή την εργασία, ήταν να βρούμε τις βελόνες στο άχυρο-να προσδιορίσουμε μερικά από αυτά τα λίγα στοιχεία που μπορεί να είχαν συνδυαστεί για την κυτταρική καινοτομία στο πορεία εξέλιξης ".

Στο πλαίσιο της δουλειάς τους, οι επιστήμονες εξέτασαν κομμάτια αρχαίων ρετροϊών που κάθονται κοντά σε γονίδια που είναι γνωστό ότι λειτουργούν σε ανοσία. Διαπίστωσαν ότι οι ορυκτοί ιοί ενεργοποιούνται όταν εκτίθενται σε πρωτεΐνες σηματοδότησης που ονομάζονται ιντερφερόνες, οι οποίες απελευθερώνονται από λευκά αιμοσφαίρια και άλλα κύτταρα κατά τη διάρκεια ιογενούς μόλυνσης. Οι ιντερφερόνες αναστέλλουν την ανάπτυξη του ιού και εκκινούν την παραγωγή αντι-ιικών πρωτεϊνών σε άλλα γειτονικά κύτταρα.

Η ομάδα εξέτασε τότε τρεις διαφορετικές γραμμές ανθρώπινων κυττάρων για να δει αν οι ορυκτοί ιοί στα γονιδιώματα τους θα μπορούσαν να δεσμευτούν με προ-φλεγμονώδεις πρωτεΐνες σηματοδότησης που βοηθούν στη φωτιά του ανοσοποιητικού συστήματος. Εντοπίστηκαν 20 οικογένειες που το έκαναν, συμπεριλαμβανομένου ενός μεταγλωττισμένου MER41 που εισήχθη στο εξελικτικό μας δέντρο ως ιό περίπου 45 έως 60 εκατομμύρια χρόνια πριν.

Στη συνέχεια η ομάδα διερεύνησε πώς λειτουργούσε το ανοσοποιητικό σύστημα χωρίς κάποια από αυτά τα συστατικά του ιού. Χρησιμοποίησαν ένα εργαλείο επεξεργασίας γονιδιώματος που ονομάζεται CRISPR / Cas9 για να αφαιρέσει τέσσερα κομμάτια του υπολείμματος DNA του ιού. Κάθε φορά που το έκαναν, έπεσε στο έμφυτο ανοσοποιητικό μας σύστημα - τα κύτταρα δεν ανταποκρίθηκαν πλήρως στις ιντερφερόνες όπως είχαν πριν, η ομάδα αναφέρει αυτή την εβδομάδα στην επιστήμη .

Οι ερευνητές εικάζουν ότι τέτοιες ρυθμιστικές μεταβολές κάποτε εξασφάλιζαν ότι ο αρχικός ιός θα μπορούσε να αναπαραχθεί πριν από την ανοσολογική αντίδραση, μια στρατηγική που έχει παρατηρηθεί στους σύγχρονους ρετροϊούς, συμπεριλαμβανομένου του HIV.

"Δεν ήμασταν πολύ έκπληκτοι για να δούμε ότι πριν από 50 εκατομμύρια χρόνια ένας ιός έξω εκεί μπορούσε να είχε ήδη χρησιμοποιήσει αυτή τη στρατηγική για δικό του εγωιστικό σκοπό", λέει ο Feschotte. "Είναι ειρωνικό το γεγονός ότι οι πίνακες έχουν μετατραπεί και ότι αυτά τα ιογενή παράγωγα στοιχεία έχουν συνεργαστεί για τη ρύθμιση γονιδίων που ελέγχουν, μεταξύ άλλων, ιικές λοιμώξεις".

Η μελέτη εξέρχεται διότι προσθέτει στα αυξανόμενα στοιχεία για τους τρόπους με τους οποίους το γενετικό υλικό από τους αρχαίους ιούς έχει επανατοποθετηθεί προς όφελός μας, λέει ο ιατρικός ιολόγος του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, Γκίκας Μαγιωρκίνης. Για παράδειγμα, μια πρωτεΐνη που ονομάζεται syncytin, η οποία είναι απαραίτητη για την κατασκευή του πλακούντα στα θηλαστικά, προέρχεται από ένα αρχαίο ιικό γονίδιο που κάποτε βοήθησε τον ιό να εξαπλωθεί στο σώμα.

"Σπάνια συμβαίνει ότι ορισμένες από αυτές τις ιικές αλληλουχίες προσγειώθηκαν στο σωστό σημείο την κατάλληλη στιγμή, αλλά σαφώς υπήρξαν πολλές ευκαιρίες και αυτό είναι το κλειδί", λέει ο Feschotte. "Αυτό είναι πιθανόν η κορυφή του παγόβουνου."

Ωστόσο, ο Magiorkinis σημειώνει ότι ενώ το ιογενές ϋΝΑ φαίνεται να δίνει ώθηση στα γονίδια μας κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, δεν είναι απαραιτήτως κάτι που ήταν απαραίτητο για την επιβίωσή μας. Αντ 'αυτού, κάποιοι ιοί βοηθοί πιθανότατα έγιναν ενεργοί επειδή παρείχαν στους αρχαίους ανθρώπους ένα πλεονέκτημα υπό συγκεκριμένες συνθήκες.

"Για παράδειγμα, η υποκίνηση των έμφυτων ανοσολογικών αποκρίσεων όπως περιγράφεται στο έγγραφο είναι πιθανό να έχει δώσει έναν τρόπο να καταπολεμήσει μια αρχαία επιδημία που προκαλείται από την εξωγενή μορφή του ρετροϊού ή ίσως και άλλου".

Παρόμοιες διεργασίες θα μπορούσαν επίσης να έχουν δημιουργήσει σκοτεινότερα αποτελέσματα. Τέτοια ιικά υπολείμματα έχουν συνδεθεί με πολυάριθμες παθήσεις, συμπεριλαμβανομένης της νευροεκφυλιστικής ασθένειας ALS. Ο Feschotte και η ομάδα του θεωρούν ότι το έργο τους μπορεί να προσφέρει νέες ενδείξεις σχετικά με τους λόγους για τους οποίους τα ιικά υπολείμματα γίνονται ενεργά στο γονιδίωμα μας και τι συμβαίνει όταν αυτή η διαδικασία πάει στραβά.

"Η επανενεργοποίηση μερικών από αυτούς τους μεταγωγείς που προέρχονται από ιούς θα μπορούσε να προτείνει μια δοκιμαστική υπόθεση ως προς το τι θα μπορούσε να συμβεί όταν αυτές οι ιογενείς αλληλουχίες παραμορφωθούν, για παράδειγμα, στο πλαίσιο ορισμένων καρκίνων και αυτοάνοσων ασθενειών", λέει.

Γονίδια ιών στο ανθρώπινο DNA μπορούν, με έκπληξη, να μας βοηθήσουν να καταπολεμήσουμε τις λοιμώξεις