Знайдено причину, чому 10% геному людини складається з генів ретровірусів

Вірусологи виявили механізм, який дозволяв ретровірусам ефективно реплікуватися протягом мільйонів років як частина ДНК ссавців.

Головним завданням вірусів вважається передача власних генів наступним поколінням. Прагнучи розмножитися будь-якою ціною – всі віруси нічим не відрізняються від інших живих організмів, зокрема й від людини.

Різниця полягає у винятковій простоті структури вірусу, яка зводиться до однієї молекули – носія геному, вірусної РНК, ДНК або в деяких варіантах їх комбінації. Ще одна відмінність вірусу полягає в подвійному стані вірусу – «мертвому» позаклітинному стані вірусних частинок, або віріонів, які практично не виявляють самостійної активності, та «живому» стані, коли вірус потрапляє в клітину хазяїна та починає розмножуватися, інтегруючись у клітинний механізм транскрипції ДНК.

Але, відносно недавно, з відкриттям ендогенних ретровірусів, виявилося, що деякі віруси можуть не мати стадії віріона.

Ці віруси передають власні гени наступним поколінням, не виходячи за межі клітин (звідси й їхня назва – ендогенні, іншими словами внутрішньогенні), а їхня генетична програма, вбудована в клітинну ДНК, вважається невід'ємною частиною геному хазяїна.

Наразі встановлено, що близько 8–10% геному людини складається з нуклеотидних послідовностей ретровірусів, які заразили наших еволюційних предків десятки мільйонів років тому.

Іншими словами, десята частина людської ДНК складається з ретровірусних генів, яким кілька мільйонів років («ретро» означає, що ці віруси використовують механізм зворотної транскрипції для реплікації власного геному: спочатку вірусний фермент зворотна транскриптаза починає синтезувати один ланцюг ДНК на вірусній РНК, потім синтезує другий ланцюг на цьому ланцюгу, а потім ця вірусна ДНК, проникнувши через ядерну мембрану клітини, вбудовується в клітину-хазяїна та функціонує як матриця для синтезу вірусних РНК клітиною-хазяїном).

Дослідники з Оксфордського інституту разом з Центром досліджень СНІДу імені Аарано Даймонда (Нью-Йорк, США) та Інститутом Рега (Бельгія) вирішили з'ясувати механізм, за допомогою якого давні ретровіруси змогли зареєструватися в наших генах у великих кількостях.

З цією метою вони вивчили геноми 38 ссавців. З цих геномів вони виділили ділянки, що містять ретровірусні нуклеотидні послідовності, а потім порівняли їх in silico (іншими словами, у кремнії, використовуючи спеціалізовані комп'ютерно-математичні методи) на предмет подібності, відмінностей та ролі, яку вони займають у вірусній ділянці ДНК.

Як показав аналіз, певна категорія ендогенних ретровірусів на певному етапі своєї еволюції втратила ген env, який відповідає за білок, що допомагає вірусу проникнути в клітину.

Втрата здатності інфікувати інші клітини не означала втрати здатності до самовідтворення, тільки тепер весь термін життя вірусу почав проходити всередині клітини-хазяїна паралельно з його власним терміном життя за допомогою вірусних мобільних сегментів ДНК – ретротранспозонів.

Хоча найцікавіше те, що з втратою інфекційної функції деякими ретровірусами, ці віруси швидко збільшили свою представленість у геномі, результатом чого стало переважання генетичного матеріалу вірусів у ДНК ссавців.

Порівнюючи різні геноми, дослідники підсумували універсальність цього явища: втрата інфекційності призвела до 30-кратного збільшення кількості вірусного матеріалу.

Чи небезпечні ендогенні ретровіруси для здоров'я?

Віруси чудово справляються із завданням поширення власних генів, зареєструвавшись у ДНК людини як пасажири, не завдаючи шкоди транспорту. Для господарів вони, в більшості випадків, непатогенні, неінфекційні, не утворюють віріонних частинок, іншими словами, нікого не заражають, і перебувають під регуляторним контролем клітинної транскрипції ДНК.

Дивлячись на це з іншого боку, є докази того, що деякі ендогенні ретровіруси (як і деякі екзогенні, що викликають, наприклад, саркому Рауса, лімфоми та мієлопатії) мають онкогенний потенціал і мають всі шанси стимулювати розвиток раку, хоча те, що запускає процеси, які змушують організм платити такі ризики, досі незрозуміло. Вивчення «викопних» вірусів у нашому геномі тільки починається, тому найінформативніші відкриття, які змушують нас подивитися на свій організм під зовсім іншим кутом зору, ще попереду.