Joitakin infektioita kannattaa muistaa: Kysy vain DNA: ltasi.
Noin kahdeksan prosenttia ihmisen genomista on todella virusperäisiä - fossiilinen aikaisemman sairauden kirja. Mutta suurin osa näistä virusjäännöksistä on huonontunut vahingoittumiselle: Jotenkin, vuosituhansien ajan, entiset taudinaiheuttajat ovat rappeutuneet pysyvään lepotilaan, jättäen vain geneettiset arvet heidän jälkensä. Nykyään PNAS- lehdessä tutkijat paljastavat joitain tämän salaperäisen siirtymisen takana olevista salaisuuksista Australian yhden rakastetuimpien marsupialien avulla.
Virusluonteiset läheiset kohtaamiset ovat yleensä väliaikaisia. Virukset tulevat vartaloihin vuokralaisina, eivät asunnonomistajina, ja ne aikovat yksinkertaisesti replikoitua ja levitä muihin isäntiin. Mutta tietyllä virusluokalla, jota kutsutaan retroviruksiksi, väliaikainen vuokra voi usein muuttua pysyväksi yhteistoimintaksi. Kun retrovirukset tunkeutuvat soluihin, ne insertoivat DNA: nsa omaan, jolloin uudet retrovirusten marssamismääräykset voidaan suorittaa solun työpaikan ohjelmiston rinnalla. Jos retrovirus tapahtuu siemennesteessä tai munassa, sen geneettiset ohjeet voivat jatkaa tunkeutumista alkioon, joka kuljettaa viruksen väliaikaisesti jokaisessa solussa. Tämän avulla nyt "endogeeninen" retrovirus voidaan välittää, jolloin syntyy geenivirhe, joka on vain hiukan virusvirheisempi kuin ennen.
Varhaisissa sukupolvissa virus voi pysyä ehjänä ehjänä herättää lepotilasta ja tartuttaa uudelleen. Mutta vaikka retrovirukset ovat rikkonut ihmisen perimää vähintään 30 tai 40 kertaa, suurin osa näistä viruksen kimppuista liukastui geeneihimme ainakin 5 miljoonaa vuotta sitten - ja mutaatiot, joita he ovat kärsineet, ovat tehneet niistä vaarattomia.
Koska on kulunut jo kauan sitten, kun olemme käsitelleet uutta retrovirushyökkäystä, tutkijoilla ei ole ollut keinoa seurata, kuinka genomimme sovivat uusiin hyökkäyksiin.
Avain arvoituksen osan purkamiseen, osoittautuu, on sumea, harmaa ja nukkuu jopa 18 tuntia päivässä. Kaikki tähän mennessä tutkitut selkärankaisten genomit ovat täynnä retrovirusjäännöksiä, ja koala ei ole poikkeus. Ainoa ero? Toisin kuin useimmat muut eläimet, koalas on nyt sodassa yhden näiden rikoksentekijöiden - tarkoituksenmukaisesti nimetyn koala-retroviruksen - kanssa, mikä antaa tutkijoille harvinaisen mahdollisuuden seurata retrovirusten omaksumista reaaliajassa.
"Tämä on todella ensimmäinen ja ainoa tilaisuutemme puuttua tähän prosessiin ... koska retrovirus on edelleen muuttumassa isäntään", kertoo ensimmäinen kirjailija Ulrike Löber, tutkija Leibnizin eläintarha- ja villieläintutkimuksen instituutissa Berliinissä.
Koala-retrovirus näyttää olevan suhteellisen nuori virus - jotain, joka tuli väestöön viimeisen 50 000 vuoden aikana - ja on edelleen näiden marsupiaalien merkittävä vastustaja. Kuten kaukainen suhteellinen HIV, koala-retrovirus näyttää heikentävän isäntänsä kykyä torjua infektioita, mikä osaltaan osaltaan lisää koalasin äärimmäistä haavoittuvuutta sukupuoliteitse tarttuviin tauteihin, kuten klamydiaan. Vielä pahempaa, koala-retrovirus on liitetty useiden syöpien kehitykseen, suhde, joka voi olla totta myös ihmisen endogeenisissä retroviruksissa.
Näistä haittapuolista huolimatta koalas on asunut tämän retroviruksen kanssa tuhansia vuosia. Jokin piti neutralisoida hyökkäykset - mutta ymmärtääksesi tätä prosessia, tutkijoiden oli tiedettävä, mihin nämä virukset laskeutuvat ja kuinka ne muuttuvat ajan myötä.
Tutkijoiden avulla, jotka julkaisivat koala-genomin kokonaisen sekvenssin heinäkuussa, ryhmä, jota johtaa villieläintautien professori Alex Greenwood, joka valvoo Löberin työtä Leibniz-instituutissa, ja Alfred Roca, genetiikan ja villieläintutkimuksen professori Illinoisin yliopistossa pystyi lopulta kartoittamaan koala-retroviruksen tulopisteet. Koala-genomi antoi mahdolliseksi rakentaa kattava retroviruskartografia, joka antoi tutkijoille viitepisteen, jolla koala-retrovirus voidaan osoittaa genomissa.
"Koala [täyden genomin] sekvenssin antaminen on antanut meille aivan toisen kuvan siitä, missä [nämä retrovirukset] ovat", kertoo Jenny Graves, professori, joka opiskelee genetiikkaa, ekologiaa ja evoluutioita La Trobe -yliopistossa, joka ei ole sidoksissa työhön. "Tätä ei ole mahdollista tehdä muulla tavalla."
Tutkijat ensin löysivät kahden toisiinsa liittymättömän koalan genomit saadakseen todisteita virusjäämistä - mukaan lukien koala-retroviruksen edelleen aktiiviset variantit ja kopiot, jotka olivat jo kodistettu opiskeluun. He olivat yllättyneitä löytäessään koala-retroviruksen katkelmia toisen toisen, PhER-nimisen retroviruksen, joka on koala-genomin veteraaniasukas, joka oli kauan sitten juurtunut alas, palasiin. PhER oli todennäköisesti kerran retroviruslukija itse, mutta oli jo kauan sitten joutunut huonoon tilaan. Kun ryhmä tutki PhER-koala-retrovirushybridisekvenssejä - olennaisesti rikkoutuneita koala-retroviruksen versioita -, he huomasivat, että PhER oli tunkeutunut ja deaktivoinut koala-retroviruksen vaihtamalla koala-retroviruksen virulenssigeenit omaan junky-sekvenssiinsa prosessissa, jota kutsutaan yhdistelmäksi.
Vaikka PhER ei olekaan liittynyt koala-retrovirukseen, hänellä oli vain tarpeeksi samankaltaisuutta tämän ilmiön mahdollistamiseksi. Geneettiset kytkimet korvasivat koala-retroviruksen tärkeät segmentit inertteillä vartalo kaksinkertaistuvilla, neutraloimalla tehokkaasti koala-retroviruksen arsenaalin ja lukitsemalla sen paikoilleen. Kaikki rekombinaatio vaatii kahden identtisen ”kyljen” DNA-osan kummallakin puolella: Niin kauan kuin uudessa segmentissä on oikeat rintamerkit, tappava käsikirja voidaan korvata hölynpölyn manifestilla.
Koko koalagenomin sekvensointi on antanut tutkijoille mahdollisuuden tutkia kuinka koala-retrovirus tunkeutuu tähän lajiin reaaliajassa. (PublicDomainPictures) Itse asiassa PhER, muinainen retroviruselementti, toimi genomisena vartijana uusia hyökkääjiä vastaan, kuten koala-retrovirus. Kun PhER itse oli ratsastanut koala-perimää miljoonia vuosia sitten, se oli juuttunut - mikä antoi tämän virukselle nykyisen edun mukaisen suojata isäntään sairauksilta: Jos koala kuoli, niin myös PhER.
Joten omaksumalla “jos et pysty lyömään heitä, liity heihin” -asennetta, PhER siirtyi virulenttisesta konnasta uskolliseen jalkasotilaan. "Kun isäntägenomista ja virusgenomista tulee yksi kokonaisuus, heidän on opittava selviytymään toisistaan", Roca selittää. "Tuntuu kuin nämä vanhat virukset sanovat uusille viruksille:" Tämä on meidän alueemme, älä sekoita sitä. ""
Mutta tällä suurella amnestianteolla PhER: n puolelta voi myös olla perimmäisiä motiiveja. Yhdistäminen koala-retroviruksen kanssa ei ole vain tapa purkaa kilpailua - se on PhER: lle mahdollisuus kaappaa erittäin toivottavia koneita. Kun PhER korvaa koala-retroviruksen aseet omilla vaarattomilla perintöalueillaan, PhER: llä on mahdollisuus taskuttaa ne välineet, jotka saattavat hajottaa sen genomisesta vankilasta - ja jättää vaurioitunut koala-retrovirus lahoamaan paikoilleen.
"Tämä prosessi on huono koalaretrovirukselle, koska siitä tulee vähemmän virusta, mutta se on hyvä PhER: lle, alkuperäiselle endogeeniselle retrovirukselle, koska se antaa sen lisääntyä", Greenwood sanoo.
On epätodennäköistä, että PhER nousisi ristitulesta täysivaltaisena tarttuvana viruksena: Se on viettänyt aivan liian pitkään genomissa. Uuden retroviruksen pilaaminen voi antaa PhER: lle mahdollisuuden irtoa kahleistaan - mutta vakavimmat seuraukset kärsivät itse koala-retroviruksesta. Löber epäilee tarkkailevan tämän taudinaiheuttajan hidasta peukalointia.
Itse asiassa rekombinaatio näyttää olevan kriittinen koala-retroviruksen inaktivoitumiselle. Kun tutkijat etsivät 166 koavalin genomeja, jotka jakautuivat ympäri Australiaa, he havaitsivat, että yksittäiset koalat rikkoivat koalaretroviruksen rikkoutuneita kopioita monissa erillisissä paikoissa heidän genomissaan. Koala-retrovirus levisi aktiivisesti koala-populaation läpi - mutta toistuvasti PhER oli nostanut häkilään, kunnes vastustaja menetti jalat. Koala-retroviruksen aseriisunnan pelkkä levinneisyys osoitti, että rekombinaatio PhER: n kanssa on ollut nettopositiivista koala-lajeille.
Kaikkia integraatioita ei kuitenkaan luoda tasavertaisia. Yale-yliopistossa endogeenisiä retroviruksia tutkivan tutkijatohtorin Maria Tokuyaman mukaan koala-retrovirus sijaitsee niin monessa genomin lähtöasemassa, että jotkut ovat todennäköisesti edullisempia kuin toiset. "Viime kädessä tämä voi vaikuttaa tiettyjen ryhmien selviytymiseen muihin nähden", selittää Tokuyama, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
Greenwoodin ja Rocan mukaan koala-retroviruksen virulentit versiot katoavat satojen tuhansien vuosien jälkeen väestöstä todennäköisesti, kunnes vain tarttuvan menneisyyden muistoesineitä on jäljellä. Kun tämä tapahtuu, jääneet pahoinpidellyt retkeilijät - jotka on sijoitettu isäntälleen vähiten vahingollisiin pisteisiin - ovat samat kaikissa koalasissa, kuten muinaiset ihmisen endogeeniset retrovirukset.
Tietysti rekombinaatio ei voi olla ainoa tapa, jolla retrovirukset kolonisoivat genomin. Esimerkiksi kaikkeen ensimmäiseen tunkeutumiseen ei voinut luottaa aikaisempiin asukkaihin. Isännän solukoneisto voi sammuttaa virus-DNA: n suoraan; tai jos virus tekee virheen oman lisääntymisensä aikana, se voi vahingossa kahlata itsensä paikalleen. Selkärankaisten genomit ovat täynnä kymmeniä näitä genomihaudoita, joista jokainen muistaa muinaisen kerran virulenttisen viruksen hyökkäyksen.
Tulevassa työssään tutkijat seuraavat, kuinka koala-retrovirus jatkaa upoutumistaan genomiin sekvensoimalla koala-jälkeläisten genomit, jotka ovat perineet viruksen rikkoutuneet kopiot. Lisäksi ryhmä aikoo jatkaa koalaretroviruksen, syövän ja immuunisuppression välisten yhteyksien testaamista toivoen säilyttävän haavoittuvassa Koala-alueella heikentyvät yhteisöt.
Sydneyn teknillisen yliopiston mikrobiologian professori Willa Huston, joka ei ollut sidoksissa tutkimukseen, kiitti työtä "jännittävänä" ja "korkealaatuisena" - havainnon "todella kauniista tieteellisestä kokeesta", joka luonnostaan aukenee luonnossa. Koalasissa klamydiaa tutkittava Huston korostaa myös näiden löydösten merkitystä koalasan tulevaisuudelle. ”Seuraava vaihe [tässä tutkimuksessa] on ymmärtää, mitä tämä tarkoittaa tämän lajin säilyttämiselle”, hän sanoo.
Vaikka koala-retrovirus on tehnyt melkoisen määrän Australian eukalyptusta mutkaavissa marsupiaaleissa, tunnelin päässä saattaa silti olla valo: Viruksen ja selkärankaisten yhdistyminen voi joskus tuottaa odottamattomia etuja. Kun virukset kaivaa kantapäänsä sisään, isäntägenomi voi toisinaan hyödyntää vihollistensa muodikkaita kaupan temppuja. Esimerkiksi muissa nisäkkäissä istukan muodostuminen vie yhdessä retrovirusproteiinin. Ilman tätä ihmisiä sellaisena kuin me tunnemme heidät nykyään, ei yksinkertaisesti olisi olemassa. Ehkä PhER: n puolustava strategia on tulevina aikoina esiintyjä, kun myös koala-retroviruksella voi olla vähemmän antagonistinen (tai jopa hyödyllinen) suhde koala-vuokranantajiinsa. Tulevina tulevina sukupolvina koalas saattaa vielä kääntää pöydät yhteen hirvittävimmistä vihollisistaan.
