Nekaj okužb si velja zapomniti: Samo vprašajte svoj DNK.
Približno osem odstotkov človeškega genoma je pravzaprav virusnega izvora - fosilna evidenca o preteklih boleznih. Toda velika večina teh virusnih relikvij se je degradirala že pred tem, ko so naredili kakršno koli škodo: nekako so se skozi tisočletja nekdanji patogeni razkrojili v trajno mirovanje, pri čemer so za seboj pustili le genetske brazgotine. Danes znanstveniki v reviji PNAS razkrivajo nekatere skrivnosti tega skrivnostnega prehoda s pomočjo enega izmed najbolj priljubljenih avstralskih marsupials.
Bližnja srečanja virusne narave so običajno začasna. Virusi vstopajo v telesa kot najemniki, ne pa lastniki domov, ki se nameravajo preprosto razmnožiti in razširiti na druge gostitelje. Toda za določen razred virusov, imenovan retrovirusi, se lahko začasni najem pogosto spremeni v trajno sobivanje. Ko retrovirusi vdrejo v celice, vstavijo svojo DNK v našo, kar omogoča, da se novi uredi retrovirusnega koraka izvedejo skupaj z repertoarjem na delovnem mestu. Če se retrovirus pojavi na semenčici ali jajčecu, lahko njegova genetska navodila napadejo v zarodek, ki bo peljal v virusne celice v vsaki od njegovih celic. To omogoča, da se zdaj prenese "endogeni" retrovirus, kar ustvari genetsko linijo, ki je le nekoliko bolj virusna kot prej.
V zgodnjih generacijah lahko virus ostane dovolj nedotaknjenega, da se prebudi iz mirujočega stanja in okuži na novo. Toda medtem ko so retrovirusi človeški genom kršili vsaj 30 ali 40-krat, je večina teh virusnih vagabondov zdrsnila v naše gene vsaj 5 milijonov let nazaj - in mutacije, ki so jih trpeli od takrat, so jih naredili neškodljive.
Ker je že dolgo, ko smo se spopadli z novo retrovirusno invazijo, znanstveniki ne bi mogli opazovati, kako se naši genomi usklajujejo z novimi vpadi.
Ključ do razkritja dela enigme se izkaže, da je neizrazit, siv in spi do 18 ur na dan. Vsi do sedaj preučeni vretenčarski genomi so z ostanki retrovirusa in koala ni izjema. Edina razlika? Za razliko od večine drugih živali so koale trenutno vpletene v vojno z enim od teh prestopnikov - primernim poimenovanjem retrovirusov koala -, kar daje znanstvenikom redko priložnost za spremljanje retrovirusne asimilacije v realnem času.
"To je res prva in edina priložnost, da se lotimo tega procesa ... saj se retrovirus še vedno [seli v] gostitelja, " pojasnjuje prva avtorica Ulrike Löber, raziskovalka na Leibniz inštitutu za raziskovanje živalskih vrtov in divjadi v Berlinu.
Zdi se, da je retrovirus Koala razmeroma mlad virus - nekaj, kar je v populacijo vstopilo v zadnjih 50.000 letih - in ostaja pomemben nasprotnik teh morsupials. Tako kot svoj daljni sorodni virus HIV tudi koala retrovirus zmanjšuje sposobnost svojega gostitelja za boj proti okužbam, kar lahko prispeva k izjemni ranljivosti koalas na spolno prenosljive bolezni, kot so klamidija. Da bi bilo še slabše, je retrovirus koala povezan z razvojem več vrst raka, kar lahko velja tudi za endogene retroviruse pri ljudeh.
Kljub tem pomanjkljivostim koale živijo s tem retrovirusom že tisoč let. Napadi so morali nekaj nevtralizirati - a da bi razumeli ta postopek, so morali znanstveniki vedeti, kje ti virusi pristajajo in kako se sčasoma spreminjajo.
S pomočjo znanstvenikov, ki so julija letos objavili celotno zaporedje genoma koala, sta ekipa, ki jo je vodil Alex Greenwood, profesor za bolezni divjih živali, ki nadzira Löberjevo delo na Inštitutu Leibniz, in Alfred Roca, profesor genetike in študij divjih živali na univerzi v Illinoisu je končno uspelo narisati vstopne točke koala retrovirusa. Genom koala je omogočil izdelavo celovite retrovirusne kartografije, kar je raziskovalcem omogočilo referenčno točko, s katero bi lahko določili retrovirus koala v genomu.
"Ker imamo [polni genom] zaporedja koala, smo dobili povsem drugačno sliko, kje [ti retrovirusi] so, " pravi Jenny Graves, profesorica genetike, ekologije in evolucije na univerzi La Trobe, ki ni povezana z delom. "To ni mogoče storiti drugače."
Raziskovalci so najprej izkopali genome dveh nepovezanih koal za dokaze o virusnih ostankih - vključno s še vedno aktivnimi različicami retrovirusa koala in kopijami, ki so bile že udomačene v poslušnost. Presenečeni so bili, ko so našli drobce retrovirusa koala, prikradene s koščki še enega retrovirusa, imenovanega PhER - veteranskega prebivalca genoma koala, ki je že zdavnaj spustil korenine. PhER je bil verjetno nekoč retrovirusni interloper, vendar je že zdavnaj zapadel v stanje zastoja. Ko je ekipa pregledala hibridne sekvence retrovirusov PHER-koala - v bistvu pokvarjene različice retrovirusa koala -, so ugotovili, da je PhER napadel in deaktiviral retrovirus koala tako, da je zamenjal virulentne gene koala retrovirus za lastno neželeno zaporedje v postopku, imenovanem rekombinacija.
Čeprav ni povezan s retrovirusom koala, je PhER imel dovolj podobnosti, da je omogočil ta pojav. Genetski menjalnik je ključne segmente retrovirusa koala nadomestil z inertnimi telesnimi dvojicami, kar je učinkovito nevtraliziralo arzenal koala retrovirusa in ga pritrdilo. Vsa rekombinacija zahteva dve enaki "bočni strani" na obeh straneh odseka DNK: Dokler ima nov segment pravilne povezave, lahko smrtonosni priročnik z navodili nadomestimo z manifestom neumnosti.
Zaporedje celotnega genoma koala je znanstvenikom omogočilo, da preučijo, kako retrovirus koala vdira v to vrsto v realnem času. (PublicDomainPictures) V resnici je PhER, starodavni retrovirusni element, deloval kot genomski stražar proti novim napadalcem, kot je retrovirus koala. Ko je PhER pred milijoni let napadal genom koale, se je zataknil - kar je temu virusu dalo prednost, da zaščiti svojega gostitelja pred boleznijo: če bi koala umrla, bi tudi PHER.
Torej, s sprejetjem stališča "če jih ne moreš premagati, se jim pridruži", je PHER prešel iz razsodnega zlikovca v zvestega podpornika. "Ko gostiteljski genom in virusni genom postaneta enotna entiteta, se morata naučiti, da se med seboj ujemata, " razlaga Roca. "Kot da ti stari virusi novim virusom govorijo:" To je naše ozemlje, ne zajebavaj se z njim. "
Toda to veliko amnestijo na strani PER-a ima lahko tudi zadnje motive. Priporočanje z retrovirusom koala ni samo način za odpravljanje konkurence - to je priložnost, da PHER ugrabi nekaj zelo zaželenih strojev. Ko PhER nadomešča orožje retro koralne koale s svojimi neškodljivimi dediščinami, ima PHER možnost, da žepne tisto orodje, ki ga lahko izbije iz genskega zapora, in pusti poškodovan retrovirus koala, da gni na svojem mestu.
"Ta postopek je za retrovirus koala slab, ker postane manj virusa, vendar je dober za PHER, prvotni endogeni retrovirus, saj mu omogoča razmnoževanje, " pravi Greenwood.
Malo verjetno je, da bi PhER iz navzkrižnega ognja izšel kot popolnoma nalezljiv kužni virus: v genomu je porabil veliko predolgo. Zmečkanje novega retrovirusa lahko PHER-u omogoči, da se odreže, vendar najhujše posledice nosi sam koala retrovirus. Löber sumi, da opazujemo počasno ukrojevanje tega patogena.
V resnici se zdi, da je rekombinacija ključnega pomena za inaktivacijo retroavirusa koala. Ko so raziskovalci iskali genome 166 koal, razporejenih po Avstraliji, so ugotovili, da so posamezne koale na več različnih lokacijah svojih genomov skrivale pokvarjene kopije retrovirusa koala. Retrovirus Koala se je aktivno širil po populaciji koale - vendar je PhER vedno znova dvigoval kocke, dokler nasprotnik ni izgubil nog. Obširna razširjenost retroavirusnega razoroževanja koala je pokazala, da je rekombinacija s PhER neto pozitivna za vrste koala.
Niso pa vse integracije ustvarjene enakovredno. Po besedah Marije Tokujame, podoktorske raziskovalke, ki preučuje endogene retroviruse na univerzi Yale, ker je koala retrovirus nameščen na tako številnih odlagališčih v genomu, nekateri bodo verjetno bolj ugodni kot drugi. "To lahko vpliva na preživetje nekaterih skupin pred drugimi, " pojasnjuje Tokuyama, ki ni sodelovala v raziskavi.
Po besedah Greenwooda in Roca bodo po več sto tisoč letih virulentne različice retrovirusa koala verjetno izginile iz prebivalstva, dokler ne bodo ostali le spomini na njegovo nalezljivo preteklost. Ko se to zgodi, bodo pohabljeni avtodomi, ki ostanejo - tisti, ki so nameščeni na mestih, ki najmanj škodujejo gostiteljem - enaka v vseh koalah, kot starodavni endogeni retrovirusi pri ljudeh.
Seveda rekombinacija ne more biti edini način, da retrovirusi kolonizirajo genom. Na primer prvi napadi se na primer niso mogli zanesti na prejšnje prebivalce. Gostiteljev celični stroj lahko neposredno izklopi virusno DNK; ali, če se virus med lastno reprodukcijo zmoti, bi se lahko slučajno spotaknil. Vretenčarski genomi so zbrani na desetine teh genomskih grobov, ki spominjajo na drugačno starodavno invazijo nekoč virusnega virusa.
V svojem prihodnjem delu bodo znanstveniki spremljali, kako se koala retrovirus še naprej vgrajuje v genom s sekvenciranjem genomov potomcev koala, ki so podedovali pokvarjene kopije virusa. Poleg tega skupina namerava še naprej preizkušati povezave med retrovirusom koala, rakom in imunskim zaviranjem v upanju, da bi ohranili vse manjše skupnosti ranljive koale.
Willa Huston, profesorica mikrobiologije na University of Technology Sydney, ki ni bila povezana s študijem, je delo pohvalila kot "vznemirljivo" in "visoko kakovostno" - opazovanje "res lepega znanstvenega eksperimenta", ki se seveda odvija v naravi. Huston, ki preučuje klamidijo pri koalah, poudarja tudi pomen teh ugotovitev za prihodnost koalov na splošno. "Naslednja faza [v tej raziskavi] je razumeti, kaj pomeni ohranjanje te vrste, " pravi.
Medtem ko je retroavirus koala storil kar nekaj na drsalcih, ki žrejo evkaliptus, v Avstraliji, je na koncu tunela morda še luč: Zveza virusov in vretenčarjev lahko včasih prinese nepričakovane koristi. Ko virusi kopljejo pete, lahko genom gostiteljice občasno izkoristi vrhunske trike svojih sovražnikov. Na primer pri drugih sesalcih tvorba posteljice izbere retrovirusni protein. Brez tega ljudje, kakršni jih poznamo danes, preprosto ne bi obstajali. Morda je obrambna strategija PhER-ja napovedoval čas, ko bo retrovirus koala lahko tudi manj antagonističen (ali celo koristen) odnos s svojimi najemniki koala. V prihodnjih prihodnjih generacijah bodo lahko koale vseeno obrnile mize na enega svojih najbolj zastrašujočih sovražnikov.
