Древний вирус защищает коал от других вирусов

Геном человека пронизан эндогенными ретровирусами – небольшими фрагментами деградировавшей и вообще безвредной ретровирусной ДНК, передаваемой из поколения в поколение вместе с нашей собственной генетической информацией. Поскольку большинство эндогенных ретровирусов были частью нашей ДНК в течение миллионов лет, ученые не могут объяснить, как они перешли от своих вирулентных, вызывающих болезни, форм к инертным фрагментам «мусорной ДНК». Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, рассматривает в качестве примера коал.

«Самым молодым известным эндогенным группам ретровирусов у людей около 5 миллионов лет. Поэтому очень трудно сказать, что произошло. Но коала – один из немногих видов, у которых продолжается вторжение ретровирусов в зародышевую линию», – говорит Альфред Рока, один из авторов исследования, доцент кафедры наук о животных в университете штата Иллинойс.

Как и другие вирусы, ретровирусы сначала атакуют извне. Они входят в организм, сливаются с клетками, чтобы высвободить их содержимое, и вставляют кусочки своей ДНК в генетический код хозяина, захватывая механизм репликации ДНК хозяина, чтобы создать больше копий самого 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.

На ранних стадиях новые эндогенные ретровирусы могут продолжать размножаться с катастрофическими последствиями для хозяина. Но со временем последовательности перестают кодировать вызывающие болезни ретровирусы и вместо этого становятся инертной «мусорной ДНК». До сих пор ученые могли только догадываться, почему и как это происходит.

«Мы считаем, что воздействие на внешние вирусы состоит в том, чтобы сделать много копий себя и заразить больше людей. Но как только вирус станет частью зародышевой линии хозяина, воздействие будет заключаться в том, что он оставит хозяина в покое, потому что хозяин необходим для воспроизведения последовательности, – говорит Рока. – Вирус должен играть по правилам, иначе он исчезает. Вопрос в том, как происходит этот процесс?».

Поскольку ретровирус коалы еще относительно молод – менее 50 тысяч лет – и еще не находится в фиксированном месте в геноме коалы, ученые могут отслеживать его взаимодействие с геномом коалы в режиме реального времени.

Исследователи обнаружили, что древний и неродственный эндогенный ретровирусный элемент встраивается в новый ретровирус посредством рекомбинации, дезактивируя его. Вместо кодирования белков, которые собираются в инфекционный ретровирус, рекомбинантная последовательность не кодирует ничего.

«Возможно, мы нашли доказательства молекулярного механизма защиты хозяев от новых ретровирусных атак, опосредованного более древними ретровирусными элементами», – рассказывает Ульрике Лёбер, исследователь Института зоопарков и дикой природы Лейбница в Берлине.

Алекс Гринвуд из Института Лейбница, руководитель исследования, добавляет: «В исследовании подчеркивается, как мало мы знаем о разнообразии ретровирусов среди диких животных. Коала, вид, обычно не связанный с биомедицинскими прорывами, дает ключевое понимание процесса, который сформировал 8% генома человека, и, вероятно, показывает нам, что произошло миллионы лет назад, когда ретровирусы вторглись в зародышевую линию человека».

К сожалению, для коал полная деградация их ретровируса, вероятно, займет очень много времени – возможно, сотни тысяч лет. Тем временем, большинство коал, особенно в Северной Австралии, будут продолжать страдать от ретровирусных раковых заболеваний и иммунной супрессии, что приведет к вторичным заболеваниям, таким как хламидиоз.

«Полный геном коалы сыграл важную роль в том, чтобы показать, что у отдельного коала может быть много – более сотни – вставки ретровируса коалы в его геном. Эта информация позволит нам определить, какие штаммы являются более опасными, и помочь в разработке вакцины против ретровируса коалы», – говорит соавтор исследования Ребекка Джонсон из Австралийского музея.