Neke infekcije vrijedi upamtiti: Samo pitajte svoj DNK.
Otprilike osam posto ljudskog genoma zapravo je virusnog porijekla - fosilni zapis prošlih bolesti. Ali velika većina tih virusnih relikvija degradirala je prije nego što je napravila bilo kakvu štetu: Nekako su tijekom tisućljeća bivši patogeni propadali u trajno stanje mirovanja, ostavljajući na sebi samo genetske ožiljke. Danas su u časopisu PNAS znanstvenici otkrili neke tajne iza ovog misterioznog prijelaza, uz pomoć jednog od najomiljenijih australijskih marsupials.
Bliski susreti virusne vrste obično su privremeni. Virusi ulaze u tijela kao stanari, a ne vlasnici kuća, koji se namjeravaju jednostavno kopirati i proširiti na druge domaćine. No, za određenu klasu virusa koja se naziva retrovirusi, privremeni najam često se može pretvoriti u trajni suživot. Kad retrovirusi napadnu stanice, ubacuju svoju DNK u našu, omogućujući izvršavanje novih naredbi za retrovirusno marširanje zajedno sa staničnim repertoarom na radnom mjestu. Ako se retrovirus dogodi na spermi ili jajetu, njegove genetske upute mogu se infiltrirati u zametak koji će isploviti virusne stanice u svakoj od njegovih stanica. To omogućava prijenos „endogenog“ retrovirusa, stvarajući genetsku lozu koja je samo malo više virusna nego prije.
U ranim generacijama virus može ostati netaknut da se probudi iz neaktivnosti i zaraziti iznova. No, iako su retrovirusi kršili ljudski genom barem 30 ili 40 puta, većina tih virusnih vagabonda upala je u naše gene najmanje 5 milijuna godina - a mutacije koje su pretrpjele od tada su ih učinile bezazlenim.
Budući da je prošlo toliko vremena otkad smo se pozabavili novom retrovirusnom invazijom, nije bilo načina da znanstvenici promatraju kako se naši genomi usklađuju s novim svjetlima.
Ključ za razotkrivanje dijela enigme, ispada, nejasan je, siv i spava do 18 sati dnevno. Svi proučeni genomi kralježnjaka dosad su prepun retrovirusnih ostataka, a koala nije iznimka. Jedina razlika? Za razliku od većine drugih životinja, koale su trenutno upletene u rat s jednim od ovih prijevara - prikladno nazvanim retrovirusom koala - što znanstvenicima daje rijetku priliku da prate stvarnu asortimaciju retrovirusa u stvarnom vremenu.
"Ovo je zaista naša prva i jedina prilika da se pozabavimo ovim procesom ... budući da je retrovirus još uvijek [domaćin] domaćina", objašnjava prva autorica Ulrike Löber, istraživačica Leibnizova instituta za istraživanje zoološkog i divljinskog bilja u Berlinu.
Čini se da je retrovirus Koala relativno mlad virus - nešto što je ušlo u populaciju u posljednjih 50.000 godina - i ostaje značajan protivnik ovih marsupials. Poput svog dalekog relativnog HIV-a, čini se da retrovirus koala smanjuje sposobnost svog domaćina u borbi protiv infekcija, što potencijalno pridonosi ekstremnoj ranjivosti koala na spolno prenosive bolesti poput klamidije. Da stvar bude još gora, retrovirus koala povezan je s razvojem nekoliko karcinoma, što može biti istinito i za endogene retroviruse kod ljudi.
Unatoč tim nedostacima, koale žive s ovim retrovirusom već tisućama godina. Napadi su morali neutralizirati - ali da bi razumjeli taj postupak, znanstvenici su morali znati gdje slijeću ti virusi i kako se mijenjaju s vremenom.
Uz pomoć znanstvenika koji su ovog srpnja objavili potpunu sekvencu genoma koala, tim predvođen Alexom Greenwoodom, profesorom bolesti divljih životinja koji nadgleda Löberov rad na Institutu Leibniz, i Alfredom Roca, profesorom genetike i studija o divljini. na Sveučilištu u Illinoisu napokon je uspio preslikati točke ulaska u retrovirus Koala. Genom koala omogućio je izgradnju sveobuhvatne retrovirusne kartografije, dajući istraživačima referentnu točku s kojom bi mogli utvrditi retrovirus koala u genomu.
"Imajući [puni genom] slijed koala dao nam je potpuno drugačiju sliku o tome gdje su [ti retrovirusi", kaže Jenny Graves, profesorica koja proučava genetiku, ekologiju i evoluciju na Sveučilištu La Trobe, a koja nije povezana s tim poslom. "To nije moguće učiniti na bilo koji drugi način."
Istraživači su prvo iskopali genome dviju nepovezanih koala radi dokaza o virusnim ostacima - uključujući još uvijek aktivne varijante retrovirusa koala i kopije koje su već pripitomljene u poslušnost. Bili su iznenađeni kad su pronašli fragmente koala retrovirusa sklopljene komadima drugog retrovirusa zvanog PhER - veterana stanovnika genoma koala koji je davno ostavio korijenje. PhER je vjerojatno jednom bio retrovirusni interloper, ali je već odavno pao u lošije stanje. Kad je tim pregledao hibridne sekvence retrovirusnog koala PHER-koale - u biti slomljene verzije retrovirusa koala - shvatili su da je PhER napao i deaktivirao retrovirus koala zamjenom virulentnih gena koala retrovirusom za vlastiti bezvrijedni niz, u procesu koji se naziva rekombinacija.
Iako nije povezan sa retrovirusom koala, PhER je imao samo sličnost da omogući ovaj fenomen. Genetski prekidač zamijenio je ključne segmente koala retrovirusa inertnim udvostručenim tijelima, učinkovito neutralizirajući arsenal retroa virusa koala i zaključavši ga na svom mjestu. Sve rekombinacije zahtijevaju dva identična "boka" s obje strane dijela DNA: Sve dok novi segment ima ispravne prilike, smrtonosni priručnik s uputama može biti potisnut manifestom gluposti.
Sekvenciranje kompletnog genoma koala omogućilo je znanstvenicima da prouče kako retrovirus koala napada ovu vrstu u stvarnom vremenu. (PublicDomainPictures) U stvari, PhER, drevni retrovirusni element, djelovao je kao genomski sentinel protiv novih osvajača poput retrovirusa koala. Kada je prije PHER-a izvršio raciju na genom koale prije milijunima godina, on se zaglavio - što je ovom virusu sad omogućilo da zaštiti svog domaćina od bolesti: Ako bi koala umrla, tako bi i PHER.
Dakle, zauzevši stav "ako ih ne možeš pobijediti, pridruži im se", PhER je prešao iz vilenanskog negativca u vjernog stopala. "Kad genom domaćina i virusni genom postanu jedno cjelina, oni se moraju naučiti slagati jedni s drugima", objašnjava Roca. "Kao da ti stari virusi novim virusima govore:" Ovo je naš teritorij, nemojte se miješati s tim. "
Ali ovaj veliki čin amnestije sa strane PHER-a može imati i posljednje motive. Preporuka s koala retrovirusom nije samo način za isticanje konkurencije - ovo je prilika da PHER otme neke vrlo poželjne strojeve. Kad PhER zamijeni koala retrovirusno oružje s vlastitim bezopasnim nasljedstvom, PHER ima priliku staviti u džep same alate koji bi ga mogli izbiti iz genomskog zatvora - i ostaviti oštećeni retrovirus koala da trune na njegovom mjestu.
"Ovaj postupak je loš za retrovirus koale jer postaje manje virusa, ali dobar je i za PHER, izvorni endogeni retrovirus, jer mu omogućuje razmnožavanje", kaže Greenwood.
Malo je vjerojatno da bi se PhER pojavio iz vatrene vatre kao potpuno zarazni zarazni virus: Previše je dugo trošio u genomu. Osušivanje novog retrovirusa može dati PHER-u šansu da baci okove - ali najteže posljedice snosi sam koala retrovirus. Löber sumnja da promatramo sporo prikrojivanje ovog patogena.
Zapravo, čini se da je rekombinacija presudna za inaktiviranje retroa virusa koala. Kada su istraživači pretražili genome 166 koala distribuiranih po cijeloj Australiji, otkrili su da pojedine koale nalaze nalomljene kopije retrovirusa koala na više različitih mjesta u njihovim genima. Retrovirus Koala aktivno se širio populacijom koala - ali iznova i iznova, PhER je podizao skokove dok protivnik nije izgubio noge. Uobičajena prevalencija retroaktivnog razoružanja koala pokazala je da je rekombinacija s PHER-om neto pozitivna za vrste koala.
Međutim, nisu sve integracije stvorene jednakim. Prema Maria Tokuyama, postdoktorskom istraživaču koji proučava endogene retroviruse na Sveučilištu Yale, jer je koala retrovirus stacioniran na toliko puno staništa u genomu, neki će vjerojatno biti povoljniji od drugih. "To bi moglo utjecati na opstanak određenih grupa naspram ostalih", objašnjava Tokuyama, koja nije bila uključena u istraživanje.
Prema Greenwoodu i Roci, nakon stotina tisuća godina, virusne verzije retrovirusa koale vjerojatno će nestati iz stanovništva, sve dok ne ostanu samo uspomene na njezinu zaraznu prošlost. Kad se to dogodi, pretučeni autostopi koji ostaju - oni smješteni na mjestima koja su najmanje štetna za njihove domaćine - bit će ista u svim koalama, poput drevnih endogenih retrovirusa kod ljudi.
Naravno, rekombinacija ne može biti jedini način na koji retrovirusi koloniziraju genom. Na primjer, prvi se upiti nisu mogli pouzdati u prijašnje stanovnike. Domaćinski stanični strojevi mogu izravno isključiti virusnu DNK; ili, ako virus pogriješi tijekom vlastite reprodukcije, može se slučajno uklopiti u svoje mjesto. Gete kralježnjaka propadaju s desecima ovih genskih grobova, a svaki spomen na različitu drevnu invaziju nekoć virulentnog virusa.
U svom budućem radu znanstvenici će pratiti kako se koala retrovirus i dalje ugrađuje u genom sekvenciranjem genoma potomstva koala koji su naslijedili pokvarene primjerke virusa. Uz to, tim planira nastaviti testirati veze između retrovirusa koala, raka i imunološkog suzbijanja u nadi da će sačuvati opadajuće zajednice ranjive koale.
Willa Huston, profesor mikrobiologije na Sveučilištu za tehnologiju u Sydneyu koji nije bio povezan sa studijom, pohvalio je rad kao "uzbudljiv" i "kvalitetan" - opažanje "stvarno lijepog znanstvenog eksperimenta" koji se prirodno odvija u divljini. Huston, koji proučava klamidiju u koalama, također naglašava važnost ovih nalaza za budućnost koala u cjelini. "Sljedeća faza [ovog istraživanja] je razumjeti što znači očuvanje ove vrste", kaže ona.
Iako je retrovirus koala učinio dosta na australijskim marsupialima koji gnjave eukaliptusom, na kraju tunela može biti svjetlo: Zajednica virusa i kralježnjaka ponekad može donijeti neočekivane koristi. Kad virusi kopaju po petama, genom domaćina može povremeno iskoristiti vrhunske trikove svojih neprijatelja u trgovini. Na primjer, kod ostalih sisavaca, stvaranje placente kooptira retrovirusni protein. Bez toga ljudi kakvi ih danas poznajemo jednostavno ne bi postojali. Možda je obrambba strategija PhER-a prijeteća vremena koja dolaze, kada bi retrovirus koala također mogao imati manje antagonistički (ili čak koristan) odnos sa svojim vlasnicima koala. U budućim generacijama koje dolaze treba da koali još okrenu stolove jednom od svojih najgroznijih neprijatelja.
