Andy Coghlan

Możemy zawdzięczać nasze przetrwanie i złożoność wirusowi na gapę, który ożywa w pierwszych komórkach ludzkich embrionów. Nie tylko wydaje się, że wirus chroni embriony przed innymi wirusami, ale także pomaga genom, gdy prace ziemne są w toku dla planu ciała nowego człowieka.

Znalezisko popiera kontrowersyjny pomysł, że wirusy, które zamieszkały w naszym DNA miliony lat temu, mogą odgrywać rolę władcy marionetek, po cichu wpływając na nasze istnienie i ewolucję. „Jesteśmy istotami kontrolowanymi przez wirusy” – mówi Luis Villarreal z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine.

Retrowirusy wprowadzają swój materiał genetyczny do komórek swojego ludzkiego lub zwierzęcego gospodarza. Na początku powoduje to choroby i śmierć. Z czasem jednak gospodarz ewoluuje w kierunku odporności na wirusa, pozwalając na przekazanie DNA, które osadziło się w spermie lub komórkach jajowych, następnemu pokoleniu. Wirus jest obecnie znany jako endogenny retrowirus lub ERV – na stałe wpisany w genom gospodarza.

Cichy obrońca

Uważa się, że około 9 procent naszego genomu powstało w ten sposób. Do niedawna te wirusowe relikty były w dużej mierze odrzucane jako nieaktywne „śmieci”, które przestały mieć jakikolwiek wpływ na swojego gospodarza wiele tysięcy lat temu. Odkrycie, że HERVK, najnowszy ERV, który zadomowił się w naszym DNA – prawdopodobnie około 200 000 lat temu – jest aktywny w ludzkich embrionach, podważa to przekonanie.

Joanna Wysocka i jej koledzy z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii dokonali nieoczekiwanego odkrycia podczas analizy aktywności genów w 3-dniowych ludzkich embrionach, które są wiązkami ośmiu komórek. Oprócz DNA pochodzącego od rodziców, znaleźli materiał genetyczny pochodzący od HERVK. „Komórki były pełne produktów białkowych wirusa, z których niektóre łączyły się w wirusopodobne cząsteczki” – mówi Wysocka.

Dalsze eksperymenty ujawniły, że wirus wydaje się produkować białko, które zapobiega przenikaniu innych wirusów do zarodka, co sugeruje, że chroni zarodek przed niebezpiecznymi krążącymi wirusami, takimi jak grypa. Wydaje się również odgrywać kluczową rolę w aktywności genetycznej komórek embrionalnych, pomagając w genetycznych instrukcjach dla komórkowych fabryk białkowych.

Biologiczna ciemna materia

Tantalizująco, wirus pasażera na gapę może nawet dostarczyć wskazówek na temat tego, co odróżnia nas od szympansów i innych naczelnych. Niektórzy badacze twierdzili wcześniej, że ERV mogą odgrywać kluczową rolę w tym, jak gatunki różnią się od siebie, aktywując różne plany ciała i sieci genów, które mogą dać jednemu osobnikowi przewagę nad innymi członkami gatunku.

Praca Wysockiej popiera ten pomysł, mówi Patrick Forterre z Instytutu Pasteura w Paryżu. „Pokazuje ona, że produkty białkowe stosunkowo 'niedawnej’ integracji retrowirusów są obecne bardzo wcześnie w zarodku i mogą być zaangażowane w niektóre krytyczne programy rozwojowe”. Obserwacja, że ERV mogą również chronić zarodek przed infekcją również ma wiele sensu, mówi Forterre. „To tak jakby retrowirusy konkurowały ze sobą poprzez swojego ludzkiego gospodarza.”

Pomimo bycia wszechobecnymi, wirusy są często nazywane ciemną materią biologii, ponieważ ich wpływ często pozostaje niezauważony. Jeśli DNA jest dżunglą, to wirusy są zwierzętami i roślinami, które żyją i przystosowują się w niej, mówi Villarreal, który w 2001 roku wykazał, że obecność genu wirusowego jest niezbędna do powstania ludzkiego łożyska. „DNA to siedlisko, a wirusy to jego mieszkańcy” – mówi. Najbardziej wpływowe wirusy to te, jak HERVK, które wstawiły się na stałe do naszego DNA i mogą być przekazywane następnym pokoleniom.

Wirusy te mają narzędzia genetyczne do zmiany genów gospodarza, wpływając na to, które są aktywne i kiedy, oraz z jakimi innymi genami współdziałają. Oznacza to, że mają one zdolność do zmiany fizycznych cech swoich gospodarzy, mówi Villarreal. „Jest to ogromna, dynamiczna pula kolonizujących genomów.”

.