Die Viren, die unsere Vorfahren vor Millionen von Jahren plagten, sind keine alte Geschichte - sie sind immer noch bei uns. Überreste von viralen Genen machen einen relativ großen Teil unserer modernen DNA aus, und Wissenschaftler waren sich größtenteils unsicher, welche Rolle sie, wenn überhaupt, spielen.
Verwandte Inhalte
- Für Viren ist der beste Weg, Baby zu infizieren, durch Mama
- Wenn es um das West-Nil-Virus geht, könnten die Kardinäle von Atlanta unsere gefiederten Retter sein
- Einige sexuell übertragbare Mikroben könnten gut für Sie sein
- 11 Gründe, Bakterien, Pilze und Sporen zu lieben
Es gibt Hinweise darauf, dass wir während der Evolution des Menschen genetisches Restmaterial von einigen dieser "fossilen Viren" ausgewählt haben, um den Spieß umzudrehen und unser Immunsystem bei der Bekämpfung von Krankheiten zu unterstützen.
Wissenschaftler wissen, dass unsere DNA mit Viren übersät ist, seit das menschliche Genom vor etwa 15 Jahren zum ersten Mal sequenziert wurde. Trotzdem "ist es für viele Menschen überraschend", sagt Studienmitautor Cedric Feschotte, Genetiker an der Universität von Utah. "Es ist fast beunruhigend."
Der zusätzliche genetische Code stammt speziell von Retroviren, die auf einzigartige Weise in Wirtszellen eindringen. "Von allen tierischen Viren sind sie die einzigen, die ihr eigenes genetisches Material in die Chromosomen ihres Wirts integrieren", sagt Feschotte.
Wenn alte Retroviren unsere Vorfahren infizierten, infiltrierten sie gelegentlich menschliche Spermien oder Eizellen. Wenn diese Zellen einen Embryo befruchteten, hatten alle in ihnen enthaltenen viralen Gene eine Chance, von einer Generation zur nächsten zu gelangen.
Unterwegs verursachte die DNA dieser Eindringlinge manchmal neue Viren - aber nur für eine Weile. Im Laufe der Generationen haben genetische Mutationen diese Viren nach und nach verändert und schließlich ihre Fähigkeit eingestellt, neue Zellen zu infizieren oder sich vollständig zu replizieren. Heutzutage haben die meisten im menschlichen Genom verbliebenen antiken viralen Merkwürdigkeiten keine offensichtliche Funktion.
"Es ist wichtig zu verstehen, dass von diesen 8 Prozent - diese Hunderttausende von DNA-Fragmenten, die über das gesamte Genom verstreut sind - das meiste Material einfach dort liegt und zerfällt", erklärt Feschotte. „Unsere Aufgabe und wirklich die unseres Postdoktoranden Ed Chuong, der all diese Arbeit geleistet hat, war es, die Nadeln im Heuhaufen zu finden - um einige der wenigen Elemente zu identifizieren, die möglicherweise für die Zellinnovation in der EU ausgewählt wurden Verlauf der Evolution. "
Im Rahmen ihrer Arbeit untersuchten die Wissenschaftler antike Retroviren, die sich in der Nähe von Genen befinden, von denen bekannt ist, dass sie für die Immunität verantwortlich sind. Sie fanden heraus, dass die fossilen Viren aktiviert werden, wenn sie Signalproteinen, so genannten Interferonen, ausgesetzt werden, die während einer Virusinfektion von weißen Blutkörperchen und anderen Zellen freigesetzt werden. Interferone hemmen das Viruswachstum und starten die Produktion von antiviralen Proteinen in anderen nahe gelegenen Zellen.
Anschließend untersuchte das Team drei verschiedene Linien menschlicher Zellen, um festzustellen, ob fossile Viren in ihrem Genom an entzündungsfördernde Signalproteine binden können, die das Immunsystem stärken. Sie identifizierten 20 Familien, die dies taten, darunter eine MER41, die vor etwa 45 bis 60 Millionen Jahren als Virus in unseren Evolutionsbaum eingedrungen war.
Das Team untersuchte dann, wie das Immunsystem ohne einige dieser viralen Komponenten funktioniert. Sie verwendeten ein Genomeditierwerkzeug namens CRISPR / Cas9, um vier Teile der verbleibenden Virus-DNA zu entfernen. Jedes Mal, wenn sie dies taten, wurde unser angeborenes Immunsystem geschwächt - die Zellen reagierten nicht mehr wie zuvor vollständig auf Interferone, berichtet das Team diese Woche in Science .
Die Forscher spekulieren, dass solche regulatorischen Schalter einst dafür sorgten, dass sich das antike Virus vor der Immunantwort selbst replizieren konnte, eine Strategie, die bei modernen Retroviren, einschließlich HIV, beobachtet wurde.
"Wir waren nicht allzu überrascht zu sehen, dass ein Virus vor 50 Millionen Jahren diese Strategie möglicherweise bereits für seinen eigenen egoistischen Zweck verwendet hat", sagt Feschotte. "Es ist ironisch, dass sich das Blatt gewendet hat und dass diese von Viren abgeleiteten Elemente kooptiert wurden, um Gene zu regulieren, die unter anderem Virusinfektionen kontrollieren."
Die Studie ist spannend, weil sie die zunehmenden Beweise für die Art und Weise, wie genetisches Material von alten Viren zu unserem Vorteil umfunktioniert wurde, ergänzt, sagt der medizinische Virologe Gkikas Magiorkinis von der Universität Oxford. Beispielsweise stammt ein Protein namens Syncytin, das für den Aufbau der Plazenta bei Säugetieren unerlässlich ist, von einem uralten Virusgen, das einst zur Ausbreitung des Virus im Körper beigetragen hat.
„Es kommt nur selten vor, dass einige dieser viralen Sequenzen zur richtigen Zeit am richtigen Ort landeten, aber es gab eindeutig viele Möglichkeiten, und das ist der Schlüssel“, sagt Feschotte. "Dies ist wahrscheinlich die Spitze des Eisbergs."
Magiorkinis stellt jedoch fest, dass virale DNA zwar unter bestimmten Umständen unseren Genen einen Schub verleiht, aber nicht unbedingt für unser Überleben unerlässlich ist. Stattdessen wurden einige virale Helfer wahrscheinlich aktiv, weil sie alten Menschen unter bestimmten Umständen einen Vorteil verschafften.
"Zum Beispiel", spekuliert er, "hat eine Verstärkung der angeborenen Immunantworten, wie in der Veröffentlichung beschrieben, wahrscheinlich einen Weg zur Bekämpfung einer alten Epidemie geboten, die durch die exogene Form des Retrovirus verursacht wurde, oder vielleicht sogar einer anderen."
Ähnliche Prozesse könnten auch zu dunkleren Ergebnissen führen. Solche viralen Überreste sind mit zahlreichen Leiden in Verbindung gebracht worden, einschließlich der neurodegenerativen Erkrankung ALS. Die Rolle, die diese Gene bei diesen und anderen Krankheiten spielen können, ist nach wie vor unklar, aber Feschotte und sein Team sind der Meinung, dass ihre Arbeit möglicherweise neue Anhaltspunkte dafür liefert, warum virale Überreste in unserem Genom aktiv werden und was passiert, wenn dieser Prozess schief geht.
"Die Reaktivierung einiger dieser von Viren abgeleiteten Schalter könnte eine überprüfbare Hypothese nahelegen, was passieren könnte, wenn diese Virussequenzen fehlreguliert werden, beispielsweise im Zusammenhang mit bestimmten Krebs- und Autoimmunerkrankungen", sagt er.
