Исследование коал раскрывает происхождение человеческого генома
8% человеческого генома происходит от ретровирусов, которые внедрились в половые клетки миллионов лет назад. Сейчас коала-ретровирус (KoRV) вторгается в геномы коал, и этот процесс помогает понять нашу собственную вирусную историю и принимать решения по сохранению этого уязвимого вида.
В недавнем исследовании, опубликованном в Molecular Biology and Evolution, учёные из Университета Иллинойса обнаружили, что 39 различных KoRV в геноме коалы были эндогенными, то есть унаследованными от одного из родителей; один из KoRV был найден у обоих родителей.
Коалы — единственные известные организмы, у которых ретровирус находится в процессе перехода от экзогенного к эндогенному. Экзогенный ретровирус заражает хозяина, встраивает свою генетическую информацию в ДНК клетки и использует её механизмы для производства новых вирусов. Когда экзогенный ретровирус заражает яйцеклетку или сперматозоид, и эта вирусная информация передаётся потомству, вирус становится эндогенным ретровирусом (ERV).
Становление частью генома коалы
Как и у людей, у коал есть эволюционные защиты от эндогенизации.
"На ранних стадиях эндогенизации существует огромное количество ретровирусов. KoRV присутствуют по всему геному коал, с тысячами или десятками тысяч копий в популяции", — сказал Альфред Рока, профессор зоотехнии и член Института геномной биологии. — "Со временем большинство из них исчезнет, потому что эти копии могут быть на одной-единственной хромосоме. Если этот конкретный индивид не оставит потомства или передаст другую хромосому, то этот ERV исчезнет".
Чтобы в организме осталось 100 ERV, виду, возможно, пришлось начать с 10 000 ERV у своих предков, сказал Рока. Ретровирусам, таким как KoRV, требуются тысячи лет, чтобы стать фиксированной частью генома, как 8% ретровирусной ДНК, которые есть у всех людей.
ERV, которые успешно передаются, защищены механизмами репарации ДНК коалы, поэтому их скорость мутации крайне низка. Исходя из отсутствия мутаций в эндогенных ретровирусах, команда Рока оценила, что KoRV интегрировались в зародышевую линию хозяина менее 50 000 лет назад. "Это совсем недавно по сравнению с другими ERV, которым миллионы лет и которые накопили мутации", — сказала первый автор Ясуко Исида.
Преодоление последствий для приспособленности
У коал KoRV связывают с лейкемией, лимфомой и подавлением иммунитета, что может повышать восприимчивость к хламидиозу.
"Вероятно, с момента интеграции этого вируса на протяжении тысяч лет хозяин-коала страдал от последствий для своей приспособленности", — сказал Рока. — "Возможно, у разных видов, когда линию хозяина захватывали ERV, им приходилось проходить через этот процесс адаптации между хозяином и вирусом, что очень печально. Это может быть очень долгий, медленный и болезненный процесс для вида-хозяина, через который прошли и преодолели предки человека много раз в далёком прошлом".
У млекопитающих ретровирусная ДНК связана с развитием плаценты и может защищать хозяев от вредных экзогенных ретровирусов.
"Но как только ретровирусы становятся частью хозяина, они начинают ему помогать, потому что так они выживают", — сказал Рока. — "Им будет выгоднее, если они эволюционируют, чтобы защищать хозяина. Со временем вредные эффекты уменьшаются, а полезные — растут".
Сохранение популяций коал
В 1900-х годах коал массово истребляли ради меха. Чтобы сохранить вид, несколько особей переселили на остров у побережья Австралии. Позже инбредную островную популяцию вновь завезли в южную Австралию. Сегодня некоторые южные коалы остаются незаражёнными, в то время как почти у всех северных коал в геномах есть десятки KoRV.
"Что из двух зол меньшее?" — сказал Рока. — "Сохранять генетическое разнообразие, которое есть у северных популяций вместе с ретровирусом, или сохранять южные популяции, у которых нет ретровируса, но которые ужасно инбредны?"