Odkryto powód, dla którego 10 procent ludzkiego genomu składa się z genów retrowirusów

Wirusolodzy odkryli mechanizm, który umożliwia retrowirusom skuteczną replikację przez miliony lat jako części DNA ssaków.

Za główne zadanie wirusów uważa się przekazywanie własnych genów kolejnym pokoleniom. W celu rozmnażania się za wszelką cenę - wszystkie wirusy niczym nie różnią się od innych organizmów żywych, w tym od ludzi.

Różnica polega na wyjątkowej prostocie struktury wirusa, która jest zredukowana do jednej cząsteczki - nośnika genomu, wirusowego RNA, DNA lub w niektórych wariantach ich kombinacji. Inna różnica wirusa polega na podwójnym stanie wirusa - „martwym” stanie pozakomórkowym cząstek wirusowych, czyli wirionów, które praktycznie nie wykazują niezależnej aktywności, oraz stanie „żywym”, gdy wirus wnika do komórki gospodarza i zaczyna się namnażać, integrując się z komórkowym mechanizmem transkrypcji DNA.

Jednak stosunkowo niedawno, wraz z odkryciem retrowirusów endogennych, okazało się, że niektóre wirusy nie mogą przejść w stadium wirionu.

Wirusy te przekazują własne geny kolejnym pokoleniom, nie wykraczając poza komórki (stąd ich nazwa – endogenne, inaczej wewnątrzgenowe), a ich program genetyczny, wbudowany w DNA komórki, jest uważany za integralną część genomu gospodarza.

Obecnie ustalono, że około 8–10% genomu człowieka składa się z sekwencji nukleotydowych retrowirusów, które zainfekowały naszych ewolucyjnych przodków dziesiątki milionów lat temu.

Innymi słowy, jedna dziesiąta ludzkiego DNA składa się z genów retrowirusowych, które mają kilka milionów lat („retro” oznacza, że wirusy te wykorzystują mechanizm odwrotnej transkrypcji do replikacji własnego genomu: najpierw enzym wirusowy odwrotna transkryptaza zaczyna syntetyzować jedną nić DNA na wirusowym RNA, następnie syntetyzuje drugą nić na tym nici, a następnie to wirusowe DNA, po przeniknięciu przez błonę jądrową komórki, zostaje włączone do komórki gospodarza i pełni funkcję matrycy do syntezy wirusowego RNA przez komórkę gospodarza).

Naukowcy z Instytutu Oksfordzkiego, wspólnie z Centrum Badań nad AIDS im. Aarano Diamonda (Nowy Jork, USA) i Instytutem Rega (Belgia), postanowili poznać mechanizm, dzięki któremu starożytne retrowirusy były w stanie rejestrować się w naszych genach w dużych ilościach.

W tym celu zbadali genomy 38 ssaków. Z tych genomów wyizolowali regiony zawierające sekwencje nukleotydów retrowirusowych, a następnie porównali je in silico (innymi słowy, używając specjalistycznych metod matematyczno-komputerowych) pod kątem podobieństw, różnic i części, jaką zajmują w regionie DNA wirusa.

Jak wykazała analiza, pewna kategoria retrowirusów endogennych utraciła na pewnym etapie ewolucji gen env, który odpowiada za białko pomagające wirusowi wnikać do komórki.

Utrata zdolności zakażania innych komórek nie oznaczała utraty zdolności do samoreplikacji, dopiero teraz cały okres życia wirusa zaczął upływać wewnątrz komórki gospodarza równolegle z jego własnym okresem życia za pomocą ruchomych segmentów wirusowego DNA – retrotranspozonów.

Chociaż najciekawsze jest to, że wraz z utratą funkcji zakaźnej przez niektóre retrowirusy, wirusy te szybko zwiększyły swoją reprezentację w genomie, czego efektem była przewaga materiału genetycznego wirusów w DNA ssaków.

Porównując różne genomy, naukowcy podsumowali wszechstronność tego zjawiska: utrata zakaźności skutkowała 30-krotnym wzrostem ilości materiału wirusowego.

Czy retrowirusy endogenne są niebezpieczne dla zdrowia?

Wirusy doskonale radzą sobie z zadaniem rozprzestrzeniania własnych genów, rejestrując się w ludzkim DNA jako pasażerowie, nie powodując szkód w transporcie. Dla właścicieli są one w większości przypadków niepatogenne, niezakaźne, nie tworzą cząstek wirionów, innymi słowy, nie zarażają nikogo i są obecne pod kontrolą regulacyjną transkrypcji DNA komórkowego.

Patrząc na to z innej strony, istnieją dowody, że niektóre endogenne retrowirusy (jak niektóre egzogenne, które powodują na przykład mięsaki Rousa, chłoniaki i mielopatie) mają potencjał onkogenny i mają wszelkie szanse na stymulowanie rozwoju raka, chociaż to, co uruchamia procesy zmuszające organizm do ponoszenia takiego ryzyka, wciąż nie jest jasne. Badanie „kopalnych” wirusów w naszym genomie dopiero się zaczyna, więc najbardziej pouczające odkrycia, które zmuszają nas do spojrzenia na nasze ciało z zupełnie innej perspektywy, są jeszcze przed nami.