Древний ретровирус обнаружен в ДНК человека — и он может быть всё ещё активен

Появились убедительные доказательства того, что древний вирус, ранее известный только по ископаемым данным, персистирует у некоторых людей на очень низком уровне в течение сотен тысяч или даже миллионов лет. Этот древний ретровирус является своего рода живым ископаемым, а обнаружение его интактной копии в геноме человека ставит вопросы о том, как он сохранился, и предполагает, что другие вирусы из далёкого эволюционного прошлого могут дремать в ДНК многих видов.

Ретровирусы реплицируются, встраивая свой геном в геном инфицированной клетки. Иногда они заражают клетки зародышевой линии (яйцеклетки и сперматозоиды). Если эти клетки выживают и дают начало новому организму, тот будет содержать ретровирус как неотъемлемую часть своего генома. Таким образом, геномы многих млекопитающих, птиц и других позвоночных накопили множество последовательностей ДНК, происходящих от ретровирусов, известных как эндогенные ретровирусы (ERV). Например, около 8% человеческого генома состоит из ERV.

Подавляющее большинство этих последовательностей — геномные окаменелости в сильной степени деградации, неспособные производить инфекционные частицы. Однако некоторые ERV были кооптированы для выполнения физиологических функций в организме хозяина, например, для обеспечения иммунитета. Эти "одомашненные" вирусные последовательности, хотя и функциональны, фактически стали частью генома хозяина. Они также не могут производить инфекционные вирусные частицы, так как обычно утратили необходимый для этого генетический аппарат.

Тем не менее, существует небольшая доля последовательностей ERV, которые могут производить инфекционные частицы. Это показывает, что геномы видов-хозяев могут колонизироваться инфекционными ретровирусами. Этот процесс изучен плохо, но недавние исследования продемонстрировали почти невероятную скрытность, с которой он может происходить, так что для его обнаружения требуются самые современные и мощные методы.

"Лох-несское чудовище" человеческого генома

Достижения в области полногеномного секвенирования выявили огромное разнообразие ERV в геномах позвоночных с существенными различиями между видами. Многие из них чрезвычайно древние, в то время как более поздние ERV более интактны и менее деградированы мутациями. У некоторых видов, например мышей, геном содержит много ERV, способных производить инфекционные вирусы, но почти все ERV у человека (известные как HERV) кажутся нефункциональными остатками вымерших ретровирусов. Единственное исключение — одна группа под названием HERV-K, которая потенциально способна к репликации, несмотря на возраст в миллионы лет.

Предыдущие исследования последовательностей HERV-K в человеческом геноме указывали на то, что он был активен у людей относительно недавно и даже может до сих пор циркулировать посредством инфекции. Соавторы этого недавнего исследования, Джулия Вильдшютте и Зак Уильямс, работая в лаборатории Джона Коффина в Университете Тафтса, искали доказательства существования HERV-K, используя данные Проекта "1000 геномов" и Проекта разнообразия человеческого генома. Команда разработала подходы, позволившие им исключительно глубоко изучить эти каталоги и установить, что человеческий геном содержит в общей сложности 36 уникальных копий HERV-K, отсутствующих в стандартной референсной последовательности генома человека, включая 19 новых открытий.

Самое интригующее: одним из этих новых открытий стал интактный вирус без каких-либо мутаций, которые могли бы нарушить его функцию. Обнаружение интактного вируса, скрывающегося в человеческой популяции, усиливает вероятность того, что этот ретровирус HERV-K оставался "живым" внутри людей до относительно недавнего времени и может до сих пор циркулировать где-то даже сегодня.

Будущие направления

Остаётся много вопросов: действительно ли HERV-K всё ещё активен у людей? Находится ли он в спящем состоянии, готовый вновь появиться как агент инфекционной эпидемии? Или же признаки недавней активности HERV-K — это просто предсмертные судороги древнего ретровируса, медленно, но верно движущегося к вымиранию?

Возможно, существуя в почти спящем состоянии с очень низким уровнем активности, HERV-K смог избежать эффектов мутаций, которые инактивировали бы его. Альтернативно, могли быть обстоятельства, при которых люди каким-то образом получали преимущество в выживании, что привело к тому, что присутствие HERV-K в ДНК человека поддерживалось эволюционными процессами.

Эти гипотезы можно в некоторой степени исследовать, поскольку вымершие ретровирусы можно "воскресить" из остатков ДНК и проанализировать их биологические свойства. Изучение того, как древние вирусы были побеждены их видами-хозяевами, может дать ключи к стратегиям, которые мы могли бы использовать для борьбы с вирусами, угрожающими нам сегодня.