Наука и еволуција: Вируси који су помогли човечанству

Мабуја гуштери који живе у Андима у Kолумбији нису као остали гмизавци.

Рептили углавном полажу јаја са тврдом љуском, али неки од мабуја гуштера рађају живе потомке.

Пресудно је то што мајке имају плаценте, специфичне органе за храњење својих младунаца док се налазе унутар њихових тела.

Постељица се најчешће повезује са сисарима као што су мишеви и људи: ми смо плацентални сисари.

Али и друге врсте животиња имају развијену плаценту.

Зоолошкиње Марта Патриша Рамирез-Пиниља и Адријана Херес са Индустријског универзитета Сантандер у Букараманги, у Kолумбији су 2001. откриле су да мабуја гуштери имају екстремно развијене постељице и да се оне не разликују много од наших.

Иако је ово прилично изненађујуће откриће за рептиле, који уобичајено лежу кожаста јаја, право откриће је стигло 16 година касније када се Рамирез-Пиниља удружила са генетичарем Тјеријем Хајдманом са института Густав Руси у Паризу и његовим колегама.

Они су открили да гуштери имају ген који је од есенцијалног значаја за стварање плаценте, као и да он потиче из вируса.

Током последњих 25 милиона година, потомци гуштера су били инфицирани вирусом који је сопствени ДНK уградио у њихов геном.

Уместо да им то нашкоди, гуштери су на неки начин прихватили вирални ДНK и искористили га да развију прве плаценте.

Захваљујући вирусу, гуштери су развили нови орган.

„Ово геномско прихватање је коинцидирало са појавом плаценталних гуштера", каже Хајдман.

Оно што је заиста необично у овој причи је, ипак, то што она није необична.

Око десет одсто људског генома долази из вируса, а те виралне ДНK су играле кључну улогу у нашој еволуцији.

Део тога је био и извор плаценте код сисара.

Неки други делови су утицали на наш имуни одговор на болести и стварање нових гена. Без вируса, људи не би еволуирали.

Вируси су толико једноставни да их многи биолози и не третирају као да су потпуно живи.

Сваки вирус је у принципу микроскопско паковање генетског материјала.

Размножавају се искључиво инфицирањем живих ћелија, подређујући комплетну ћелијску машинерију не би ли направили сопствене копије.

Током тог процеса, они врло често изазивају болест код сопствених домаћина.

Вируси који сопствени генетски материјал убацују у геном домаћина називају се ретровирусима.

Њихова природа је по први пут откривена током 1960-их и 1970-их година, мада су неки од њих изоловани и деценијама пре тога.

После открића из 1964. године да би неки од вируса могли да ископирају сопствени генетски материјал у ДНК властитих домаћина, научници су открили ДНК виралног порекла у геномима пилића.

Иако се ради о великој и разноврсној групи вируса, данас су позната само четири ретровируса која су у стању да заразе људе.

Сви су откривени у 1980-им годинама: хумани Т-лимфотропни вирус 1 (ХТЛВ-1), који изазива један облик рака, као и њима блиски ХТЛВ-2, а ту су и вирус хумане имунодефицијенције (ХИВ) типа 1 и 2, који изазива сиду.

Уколико ретровирус инфицира ћелију у плућима или кожи, то је углавном лоша вест за особу којој се то дешава, али су последице ограничене по еволуцију наше врсте јер се та ДНК не преноси на следећу генерацију.

Понекад се ретровирус нађе у заметној линији: ћелије које стварају сперму и јаја могу виралну ДНК да пренесу и на потомство.

Овакве делове виралне ДНК називамо ендогеним ретровирусима (ЕРВ).

Управо су ови наследни делови виралне ДНК у стању да промене правац еволуције.

Ендогени вируси су свуда око нас

Комплетна скала хуманих ендогених ретровируса је откривена када је први нацрт хуманог генома био објављен 2001. године.

„Испоставило се да се тамо налазила велика количина виралних секвенци", каже Хајдман.

Око осам одсто хуманог генома састоји се од ендогених ретровируса.

Неки од њих су заиста древни.

Једна студија из 2013. године је идентификовала ендогени ретровирус у хуманом хромозому 17 који је стар најмање 104 милиона година, а вероватно је и старији.

То значи да је он резултат виралне инфекције сисара која се одиграла у ери у којој су диносауруси владали планетом.

Ендогени ретровирус је пронађен само код сисара са плацентама, тако да је могуће да је интегрисан пошто су се плацентални сисари одвојили од торбарских рођака.

Ови вируси нису ограничени само на сисаре и рептиле.

„Сви кичмењаци имају ендогене ретровирусе", каже Никол Гранди, молекуларна виролошкиња са универзитета у Каљарију, у Италији.

Већина хуманих ендогених ретровируса није уникатна за нашу врсту, већ се може пронаћи и код неких примата, као што су шимпанзе.

То значи да су постали део генома примата пре неколико милиона година, много пре него што је наша врста еволуирала и да смо их наследили од наших мајмунских предака.

Занимљиво је да нема докази о новим ендогеним ретровирусима у хуманом геному у последњих неколико хиљада година.

Једини ретровируси са којима се наша врста тренутно бав су ХТВЛ и ХИВ, каже Гранди, и ниједан од њих, према истраживањима, не заражава ћелије из заметне линије.

„Тренутно не примећујемо активну ендогенизацију код људи", каже Гранди.

Ствари су потпуно другачије код других врста.

Коале тренутно напада каолин ретровирус (КоРв), пронађен у ДНК у појединим популацијама коала, али не и у неким другим.

Генетичари који се баве коалама су тренутно у могућности да „прате директан пренос инвазије на њихов геном".

Порекло постељице

За хумане ендогене ретровирусе се оригинално сматрало да су неактивне ,,фосилне секвенце" или део ,,отпадне ДНК" у нашем геному.

Међутим, као и у случају наводно отпадне ДНК, испоставило се да су многи хумани ендогени ретровируси активни.

Најпроучаванији ендогени ретровирус у хуманом геному се зове ХЕРВ-W и први пут је описан 1999. године.

Он кодира синцитине, протеине који могу да се нађу у плаценти.

Баш као и у случају мабуја гуштера, ови вирални гени су од кључног значаја при стварању плаценте.

Веза између вируса и плаценте има смисла уколико знамо шта синцитини заиста раде.

Ови протеини имају способност да споје две или више ћелија у једну.

Када су ови протеини били вирални, вирус их је користио за спајање са спољним омотачем ћелије и тако их инфицирао.

Такву способност спајања је прихватила и плацента.

Спајањем ћелија мајке и ембриона, плацента је у стању да у ембрион пренесе хранљиве материје и да се ослободи отпада.

И то се не дешава само код људи.

Погледајте и овај видео

Слични синцитини су пронађени и код мајмуна као што су гориле.

Недавне студије показују да су ретровируси константно инфицирали сисаре током еволуционе историје, тако да су различите групе сисара често имале различите синцитине изведене из различитих ретровируса.

„Ми претпостављамо да је у ствари пре 150 милиона година постојао темељни ендогени вирус који је довео до појаве плаценталних сисара", каже Хајдман.

Од тада се нижу поновљене инфекције које су једног тренутка преклопиле оригинални ендогени вирус, па зато не можемо да га пронађемо у живим сисарима.

Истраживање о мабуја гуштерима је значајно јер показује да су гуштери постељицу стекли пошто су по први пут били заражени ретровирусом и сматра се да се исто могло догодити и са прецима свих плаценталних сисара.

„Била је то демонстрација везе између настајања плаценте и настајања синцитина", каже Хајдман.

Прича о синцитину и плаценти је један од најдраматичнијих примера како вирална ДНК утиче на еволуцију.

Она је посебно значајна јер је комплетан заражени ген преживео у хуманом геному и кодирао протеин.

Многи други ретровируси не кодирају протеин, али и даље имају сопствену функцију.

Неки од њих имају улогу у матичним ћелијама: вишенаменске ћелије су пронађене и у ембрионима у развоју.

Неке матичне ћелије су плурипотентне, што значи да могу да се развију у било којој ћелији у телу, од неурона до мишићних влакана.

Породица ретровируса под именом ХЕРВ-Х је од суштинског значаја за плурипотенцију.

Ипак, они не кодирају протеин.

Уместо тога, ХЕРВ-Х секвенце су копиране у молекуле које називамо РНК и они ћелије одржавају плурипотентним.

џУколико су оне потиснуте, онда се мења и морфологија ћелија и оне губе способност да задрже сопствено недиференцирано стање", каже виролошкиња Кристина Козак из националног института за алергије и инфективне болести у Бетесди, у савезној држави Мериленд.

Други ендогени ретровируси регулишу активност гена и тиме контролишу и остале процесе у организму.

Тако, на пример, наша тела користе ензим амилазу не би ли разградили угљене хидрате као што је скроб у храни.

„Амилазу имамо у панкреасу, а имамо је и у устима, у пљувачци", каже Гранди.

Ген амилзе се активира у пљувачној жлезди уз помоћ ДНК секвенце коју називамо промотером и који долази из ендогеног ретровируса.

Вируси који нас чине здравим

С обзиром на то да ендогени ретровируси долазе из вируса, није изненађење да су сада многи научници заинтересовани за проучавање њихове улоге у здрављу.

Један такав пример су забележили 2022. године научници које је преводио Седрик Фешот, молекуларни биолог и генетичар на Корнел универзитету у Итаки, у савезној држави Њујорк.

Његов тим је покушавао да код људи пронађе случај феномена већ добро познатог код других животиња - понекада гени ендогеног ретровируса кодирају протеине који могу да буду прихваћени од имуног система и употребљени за борбу против других вируса.

Циљани вируси могу да буду тесно повезани са вирусима који су и створили саме ендогене ретровирусе или са онима са којима су само у далекој вези.

Фешот каже да су антивирални протеини из ендогених ретровируса проучавани код мишева, пилића и мачака.

„Али колико ја знам, таквих примера нема у хуманом геному", каже он.

Његов тим је скенирао познате ендогене ретровирусе у хуманом геному и идентификовао на стотине секвенци које би потенцијално могле да кодирају антивиралне протеине.

Затим су се усредсредили на један ген, супресин, који је кодирао протеин сличан онима који стварају спољни омотач вируса.

Протеин супресин блокира ретровирусе да не улазе у саму ћелију, јер се везује за рецепторе на спољном омотачу ћелије који вируси иначе користе за продор у ћелију.

Фешот то пореди са стављањем поломљеног кључа у браву, који ће спречити да неко откључа та врата.

Супресин се углавном налази у плаценти и ембриону.

„Ово нам сугерише да је његова оригинална улога била спречавање ретровируса да зарази ембрион који иначе има веома слаб имуни систем.

„То је пре заштита заметне линије него самог организма", каже Фашот.

Али он верује да ендогени ретровируси вероватно имају већу улогу у имуном систему.

„Имали смо 1.500 кандидата. То је много гена и док многи генетичари и даље мисле да је ЕРВ инертан или оштећен, то може да буде варљиво.

„Они пропадају, али и даље стварају РНК, као и доста протеина и потребна нам је добра процена свега", каже он.

Ова слика се још увек употпуњује.

Студија објављена у априлу ове године открила је да неки ендогени ретровируси помажу имуном систему да циља канцерогене ћелије.

Да ли нам ендогени ретровируси преносе болести?

И поред тога што нас штите од болести, не би било изненађујуће да су неки од ендогених ретровируса одговорни и за појављивање неких негативних здравствених ефеката и код људи.

„Тренутно се много ради на могућности да хумани ендогени ретровируси имају везе са болестима

„У овом тренутку постоји доста чињеница који наводе на тако нешто, али не и конкретног доказа", каже Козак.

За Фешота је кључна ствар у разумевању онога што ендогени ретровируси раде, а чини се да то не схватамо баш увек.

„Од када су ендогени ретровируси откривени, људи покушавају да их доведу у везу са карциномима", каже он.

То се дешава јер су се прво открили они који код код животиња изазивају рак.

Финансијери су потрошили „тоне новца" на истраживање ендогених ретровируса надајући се да ће тако открити механизам по којем карциноми раде, а самим тим и потенцијални лек.

„Али многи су остали празних шака".

Кључна ствар је да хумани ретровируси нису способни да стварају вирусе који би потом могли да инфицирају друге ћелије.

„Има их пуно код мишева, има их и код пилића, изазивају најразличитије болести, али хумане ендогене ретровирусе потпуно контролише остатак генома, па стога не изазивају виралне инфекције.

„Ради се о много суптилнијим разлозима, вероватно о регулацији или неуређености гена, рекао бих", каже Фешот.

Због тога што су ендогени ретровируси широко распрострањени у хуманом геному, они су у стању да координишу активности различитих гена који су раздвојени огромним ширењем секвенци.

Многим телесним процесима је неопходно да ти гени буду укључивани и искључивани из тих активности у прецизно одређеним временским секвенцама, а ретровируси имају велику улогу у тој регулацији.

„Сада наново процењујемо улогу тих ствари у болестима, али уз помоћ другачијих механизама".

Улога ендогених ретровируса у болестима је за сада обавијена велом тајне.

Али оно што је непобитно је да су они еволуциона машина.

Инсертирањем нових делова ДНК у наш геном, вируси су подстакли масивне промене у нашем генетском поретку.

Када се ЕРВ једном нађе на свом месту, они су у стању да подстакну дуплирање или брисање делова ДНК, а ако су промене настале таквом акцијом добре, оне настављају да се шире.

Ниједна животиња, а међу њима ни људи, не би у садашњој форми постојала да није ендогених ретровируса.

Финална лекција је да су људи заиста мозаична врста.

Многи од нас имају одређен проценат, око два одсто нашег генома долази од неандерталаца.

Неке популације имају ДНК и друге ишчезле људске групе, денисоваца, а сви смо ми стекли око осам одсто нашег генома од вируса.

,,Када се бавимо каталогизацијом људских гена, то је можда и кључно питање", каже Фешот.

Данас је познато отприлике 20.000 гена кодираних протеинима, а упоредива количина наше ДНК долази од вируса.

,,На неки начин, то је запањујуће откриће".

Погледајте видео:

Пратите нас на Фејсбуку,Твитеру и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на [email protected]