Человеческий геном пронизан эндогенными ретровирусами - маленькими кусочками деградировавшей и в целом безвредной ретровирусной ДНК, передаваемой из поколения в поколение вместе с нашей собственной генетической информацией. Поскольку большинство эндогенных ретровирусов были частью нашей ДНК на протяжении миллионов лет, ученые не могут объяснить, как они превратились из своих вирулентных, вызывающих болезни форм в инертные фрагменты «мусорной ДНК», которыми большинство из них являются сегодня. Новое исследование, опубликованное сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences, обращается к коалам за ответом.
Самой молодой из известных групп эндогенных ретровирусов у людей около 5 миллионов лет. Из-за этого очень трудно сказать, что произошло. Но коала - один из немногих видов, у которых продолжается вторжение ретровируса в зародышевую линию», - говорит Альфред Рока, один из авторов исследования и доцент кафедры зоотехники Иллинойского университета.
Как и другие вирусы, ретровирусы сначала атакуют извне. Они проникают в тело, сливаются с клетками, высвобождая их содержимое, и вставляют фрагменты своей ДНК в генетический код хозяина, захватывая механизм репликации ДНК хозяина, чтобы создавать новые копии самих себя.
Но если они попадают в сперматозоиды и яйцеклетки, ретровирусные гены могут передаваться потомству хозяина, становясь постоянной частью репродуктивного генома, также известного как зародышевая линия.
В начале новые эндогенные ретровирусы могут продолжать размножаться с катастрофическими последствиями для хозяина. Но со временем последовательности перестают кодировать болезнетворные ретровирусы и вместо этого становятся инертной «мусорной ДНК». До сих пор ученые могли только догадываться, почему и как это произошло.
"Мы думаем, что внешние вирусы должны создавать множество копий самих себя и заражать больше людей. Но как только вирус становится частью зародышевой линии хозяина, он будет вынужден оставить хозяина в покое. потому что хост необходим для воспроизведения последовательности», - говорит Рока. "Он должен хорошо играть, иначе он исчезнет. Вопрос в том, как происходит этот процесс?"
Поскольку ретровирус коалы все еще относительно молод - ему менее 50 000 лет - и еще не находится в фиксированном месте в геноме коалы, ученые могут отслеживать его взаимодействие с геномом коалы в режиме реального времени.
Удивительно, но геном коалы борется с огнем огнём.
Исследователи обнаружили, что древний и неродственный эндогенный ретровирусный элемент внедряется в новый ретровирус посредством рекомбинации, деактивируя его. Вместо кодирования белков, которые собираются в инфекционный ретровирус, рекомбинантная последовательность ничего не кодирует.
«Возможно, мы нашли доказательства молекулярного механизма защиты хозяев от новых ретровирусных атак, опосредованных более древними ретровирусными элементами», - говорит Ульрике Лёбер, научный сотрудник Института изучения зоопарков и дикой природы имени Лейбница в Берлине. первый автор.
Алекс Гринвуд, также из Института Лейбница, руководил исследованием. Он добавляет: «Исследование подчеркивает, как мало мы знаем о разнообразии и резервуарах ретровирусов среди диких животных. Коала, вид, обычно не связанный с биомедицинскими прорывами, дает ключевое представление о процессе, который сформировал 8 процентов человеческого генома. и, вероятно, показывает нам, что произошло миллионы лет назад, когда ретровирусы вторглись в зародышевую линию человека».
К сожалению для коал, полная деградация ретровируса коалы, вероятно, займет очень и очень много времени - вероятно, сотни тысяч лет. Тем временем большинство коал, особенно в северной Австралии, будут продолжать страдать от рака, связанного с ретровирусом, и подавления иммунитета, что приведет к вторичным заболеваниям, таким как хламидиоз.
Но пока идет битва между вирусами, ученые могут найти способы помочь.
Полный геном коалы сыграл важную роль в демонстрации того, что отдельная коала может иметь много - более сотни - вставок ретровируса коалы в свой геном. Эта информация позволит нам определить, какие штаммы более опасны, и помочь в разработке вакцины против ретровируса коалы», - говорит соавтор исследования Ребекка Джонсон из Австралийского музея, которая недавно руководила секвенированием генома коалы.
Статья «Деградация и ремобилизация эндогенных ретровирусов путем рекомбинации на самых ранних стадиях инвазии зародышевой линии» опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Среди авторов Ульрике Лобер, Мэтью Хоббс, Аниш Даярам, Кириакос Цангарас, Кирстен Джонс, Дэвид Алькесар-Планас, Ясуко Исида, Джоан Меерс, Йенс Майер, Клаудия Кведенау, Вей Чен, Ребекка Джонсон, Питер Тиммс, Пол Янг, Альфред Рока и Алекс Гринвуд.
Поддержку исследования оказали Австралийский музейный фонд, BioPlatforms Australia, Экологический фонд Нового Южного Уэльса, Национальный институт общих медицинских наук (NIGMS), Фонд животных Морриса и Немецкий академический исследовательский центр.