Unele infecții merită să vă amintiți: cereți-vă ADN-ul.
Aproximativ opt la sută din genomul uman are de fapt o origine virală - o înregistrare fosilă a bolilor de demontare. Însă marea majoritate a acestor moaște virale s-au degradat în trecut, făcând vreo pagubă: Într-un fel, de-a lungul mileniilor, foștii agenți patogeni s-au descompus în adormirea permanentă, lăsând doar cicatrici genetice. Astăzi, în revista PNAS, oamenii de știință dezvăluie câteva dintre secretele din spatele acestei tranziții misterioase, cu ajutorul unuia dintre cele mai iubite marsupiale din Australia.
Întâlnirile strânse de tip viral sunt de obicei temporare. Virusurile intră în corpuri ca fiind chiriași, nu proprietari de case, intenționând să reproducă pur și simplu și alte gazde. Dar pentru o anumită clasă de viruși numiți retrovirusuri, o închiriere temporară se poate transforma adesea într-o conviețuire permanentă. Când retrovirusurile invadează celulele, acestea își introduc ADN-ul nostru în noi, permițând efectuarea noilor comenzi de marșare retrovirală alături de repertoriul locului de muncă al celulei. Dacă un retrovirus se întâmplă cu un spermatozoid sau ovul, instrucțiunile sale genetice pot continua să se infiltreze într-un embrion care va transpira orificiile virale în fiecare dintre celulele sale. Acest lucru permite retrovirusul acum „endogen”, creând o linie genetică care este doar ceva mai virală decât înainte.
În primele generații, virusul poate rămâne suficient de intact pentru a se trezi din latință și pentru a se infecta din nou. Dar, în timp ce retrovirusurile au încălcat genomul uman de cel puțin 30 sau 40 de ori, majoritatea acestor vagabunde virale au alunecat în genele noastre cu cel puțin 5 milioane de ani în urmă - și mutațiile de care au suferit de atunci le-au făcut inofensive.
Deoarece a trecut atât de mult de când ne-am ocupat de o nouă invazie retrovirală, nu au existat nicio modalitate pentru oamenii de știință de a observa modul în care genomii noștri se împacă cu noi atacuri.
S-a dovedit cheia unei dezvăluiri a unei părți a enigmei, este fuzzy, gray și doarme până la 18 ore pe zi. Toate genomele vertebrate studiate până acum sunt pline de resturi retrovirale, iar koala nu face excepție. Singura diferență? Spre deosebire de majoritatea celorlalte animale, koalele sunt în prezent înrădăcinate într-un război cu unul dintre acești infractori - numit retrovirusul koala - oferind oamenilor de știință o ocazie rară de a urmări asimilarea retrovirală în timp real.
„Aceasta este într-adevăr prima și singura noastră oportunitate de a aborda acest proces ... întrucât un retrovirus este încă [mutarea în] gazdă”, explică primul autor Ulrike Löber, un cercetător la Institutul Leibniz pentru Zoo și Cercetări Faună din Berlin.
Retrovirusul Koala pare a fi un virus relativ tânăr - ceva care a intrat în populație în ultimii 50.000 de ani - și rămâne un adversar semnificativ al acestor marsupiale. La fel ca HIV relativ îndepărtat, retrovirusul koala pare să scadă capacitatea gazdei sale de a combate infecțiile, contribuind potențial la vulnerabilitatea extremă a koala la bolile cu transmitere sexuală, cum ar fi chlamidia. Pentru a înrăutăți, retrovirusul koala a fost legat de dezvoltarea mai multor tipuri de cancer, relație care poate fi valabilă și în cazul retrovirusurilor endogene la om.
În ciuda acestor dezavantaje, koala trăiește cu acest retrovirus de mii de ani. Ceva trebuia să neutralizeze atacurile - dar pentru a înțelege acest proces, oamenii de știință trebuiau să știe unde aterizau acești viruși și cum se schimbă în timp.
Cu ajutorul oamenilor de știință care au publicat secvența completă a genomului koala în luna iulie, o echipă condusă de Alex Greenwood, profesor de boli ale vieții sălbatice, care supraveghează lucrările lui Löber la Institutul Leibniz, și Alfred Roca, profesor de genetică și studii asupra faunei sălbatice la Universitatea din Illinois, a fost în sfârșit capabil să identifice punctele de intrare ale retrovirusului koala. Genomul koala a permis construirea unei cartografii retrovirale cuprinzătoare, oferind cercetătorilor un punct de referință cu care să poată identifica retrovirusul koala în genom.
„Având secvența [genomului complet] al koala ne-a oferit o imagine complet diferită de unde se află [aceste retrovirusuri”, spune Jenny Graves, un profesor care studiază genetica, ecologia și evoluția la Universitatea La Trobe care nu este afiliată cu lucrarea. „Nu este posibil să faci asta altfel.”
Cercetătorii au excavat pentru prima dată genomii a două koala fără legătură pentru dovezi ale vestigiilor virale - incluzând variante încă active ale retrovirusului koala și copii care au fost deja domesticite în docilitate. Au fost surprinși să găsească fragmente din retrovirusul koala încorporat cu bucăți din alt retrovirus numit PhER - un veteran rezident al genomului koala care și-a dat rădăcinile cu mult timp în urmă. PhER a fost probabil odată un interloper retroviral în sine, dar de mult căzuse într-o stare de disperare. Când echipa a examinat secvențele de hibrid retrovirus PhER-koala - versiuni esențial rupte ale retrovirusului koala - și-au dat seama că PhER a invadat și dezactivat retrovirusul koala schimbând genele virulente ale koala retrovirus pentru propria secvență junky, într-un proces numit recombinare.
Deși nu are legătură cu retrovirusul koala, PhER avea o asemănare suficientă pentru a permite acest fenomen. Switchroo genetic a înlocuit segmente cruciale de retrovirus koala cu dublul corpului inert, neutralizând eficient arsenalul retrovirusului koala și blocându-l în loc. Tot recombinarea necesită este de două „flancuri” identice de o parte și de alta a unei întinderi de ADN: atâta timp cât noul segment are bookends-urile corecte, un manual de instrucțiuni letale poate fi înlocuit cu un manifest de prostii.
Secvențializarea genomului koala complet a permis oamenilor de știință să studieze modul în care retrovirusul koala invadează această specie în timp real. (PublicDomainPictures) De fapt, PhER, un element retroviral antic, acționa ca o santinelă genomică împotriva noilor invadatori precum retrovirusul koala. Când PhER însuși a atacat genomul koala cu milioane de ani în urmă, acesta s-a blocat - ceea ce a dat acestui virus acum un interes în protejarea gazdei sale de boli: Dacă koala ar muri, așa ar fi PhER.
Așadar, adoptând o atitudine „dacă nu îi poți învinge, alătură-te”, PhER a trecut de la un ticălos virulent la un fotbalist fidel. „Când un genom gazdă și un gen viral devin o entitate unică, ei trebuie să învețe să se înțeleagă unul cu celălalt”, explică Roca. „Este ca și cum acești viruși vechi ar spune unor noi viruși:„ Acesta este teritoriul nostru, nu vă încurcați cu el ”.
Dar acest mare act de amnistie din partea lui PhER poate avea și motive de ultimă oră. Recombinarea cu retrovirusul koala nu este doar o modalitate de a renunța la concurență - este o ocazie pentru PhER de a deturna un utilaj extrem de dorit. Când PhER înlocuiește armele retrovirusului koala cu propriile moșteniri inofensive, PhER are șansa de a scoate chiar și instrumentele care ar putea să-l scoată din închisoare genomică - și să lase un retrovirus koala deteriorat să putrezească la locul său.
„Acest proces este rău pentru retrovirusul koala, deoarece devine mai puțin virus, dar este bun pentru PhER, retrovirusul endogen original, pentru că îl permite să prolifereze”, spune Greenwood.
Este puțin probabil ca PhER să iasă din focul de foc ca un virus infecțios pe deplin: S-a petrecut mult prea mult timp în limbajul genomului. Criptarea unui nou retrovirus poate oferi PhER o șansă să-și piardă cătușele, dar consecințele cele mai severe sunt susținute de retrovirusul koala. Löber bănuiește că observăm o îmblânzire lentă a acestui agent patogen.
De fapt, recombinarea pare a fi critică pentru inactivarea retrovirusului koala. Când cercetătorii au percheziționat genomii a 166 de koala distribuite în toată Australia, au descoperit că koala individuală aveau copii rupte de retrovirus koala în multe locații distincte din genomul lor. Retrovirusul Koala s-a răspândit activ în rândul populației koala - dar, din nou, iarăși, PhER și-a ridicat haiducii până când adversarul și-a pierdut picioarele. Prevalența pură a dezarmării retrovirusului koala a indicat că recombinarea cu PhER a fost net pozitivă pentru specia koala.
Cu toate acestea, nu toate integrările sunt create egale. Potrivit lui Maria Tokuyama, cercetător postdoctoral care studiază retrovirusuri endogene la Universitatea Yale, deoarece retrovirusul koala este staționat la atâtea avanposturi din genom, unii vor fi probabil mai avantajoși decât alții. „Pe linie, acest lucru poate afecta supraviețuirea anumitor grupuri față de altele”, explică Tokuyama, care nu a fost implicat în cercetare.
Potrivit Greenwood și Roca, după sute de mii de ani, versiunile virulente ale retrovirusului koala vor dispărea probabil din populație, până când vor rămâne doar amintiri din trecutul său infecțios. Când se va întâmpla acest lucru, autostopii bătăuiți care rămân - cei staționați în locuri cele mai puțin dăunătoare gazdelor lor - vor fi identici la nivelul tuturor koalelor, la fel ca vechile retrovirusuri endogene la om.
Desigur, recombinarea nu poate fi singura modalitate prin care retrovirusurile colonizează un genom. Chiar primele intruziuni, de exemplu, nu s-au putut baza pe rezidenții anteriori. Mașinile celulare ale unei gazde pot închide direct ADN-ul viral; sau, în cazul în care un virus face o greșeală în timpul propriei reproduceri, ar putea să se agite accidental în loc. Genomii vertebrați sunt zburați cu zeci de aceste morminte genomice, fiecare comemorând o invazie antică diferită a unui virus odată virulent.
În lucrările lor viitoare, oamenii de știință vor urmări modul în care retrovirusul koala continuă să se încorporeze în genom, prin secvențierea genomilor urmașilor koala care au moștenit copii rupte ale virusului. În plus, echipa intenționează să testeze în continuare legăturile dintre retrovirusul koala, cancerul și reprimarea imunității, în speranța păstrării comunităților aflate în scădere a koala vulnerabile.
Willa Huston, profesor de microbiologie la Universitatea de Tehnologie din Sydney, care nu a fost afiliată studiului, a lăudat lucrarea ca fiind „interesantă” și „de înaltă calitate” - observația unui „experiment științific cu adevărat frumos” care se desfășoară în mod natural în sălbăticie. Huston, care studiază clamidia în koala, subliniază, de asemenea, importanța acestor descoperiri pentru viitorul koalasului în general. „Următoarea etapă [în această cercetare] este să înțelegem ce înseamnă pentru conservarea acestei specii”, spune ea.
În timp ce retrovirusul koala a efectuat un număr destul de mare asupra marsupialelor care se mușcă de eucalipt în Australia, poate fi încă o lumină la capătul tunelului: Unirea virusului și a vertebratelor poate produce uneori beneficii neașteptate. Când virușii își sapă călcâiul, genomul gazdă poate profita ocazional de trucurile ușoare ale inamicilor. De exemplu, la alte mamifere, formarea placentei cooptează o proteină retrovirală. Fără acest lucru, oamenii, așa cum îi știm astăzi, pur și simplu nu ar exista. Poate că strategia defensivă a PhER este un pas al momentelor viitoare, când retrovirusul koala se poate bucura și de o relație mai puțin antagonică (sau chiar benefică) cu proprietarii săi koala. În generațiile viitoare, koalas-urile pot încă transforma mesele pe unul dintre cei mai formidabili inamici.
