Ученые наблюдают заражение вызывающими рак ретровирусами у коал в реальном времени

Международная группа ученых проанализировала продолжающуюся колонизацию двумя ретровирусами зародышевой линии коал и связанные с этим случаи смерти от рака в многопоколенных родословных более 100 коал из зоопарков США и Европы.

В журнале Nature Communications они описывают секвенирование генома коал и свой анализ интеграции вирусов в гены или рядом с генами, связанными с раком, новых интеграций в зародышевую линию в пределах одного поколения и смертей от рака, вызванных ретровирусной интеграцией. На основе этой работы ученые рассчитали генетические оценки риска (GRS), которые могут помочь в планировании программ разведения коал и тем самым способствовать их сохранению.

Ретровирусы интегрируются в геном хозяина при заражении клеток. Если это происходит в зародышевой линии, интегрированные вирусы могут передаваться из поколения в поколение по наследству, а не через заражение. Это распространенный процесс, и все живые организмы, включая человека, в прошлом включили ретровирусы в свой собственный геном. Например, остатки ретровирусов составляют 8% человеческого генома.

Однако у коал это не древний процесс, а происходящий в настоящее время — с серьезными последствиями для здоровья ныне живущих коал. Коалы (Phascolarctos cinereus) находятся на самых ранних стадиях колонизации генома ретровирусом коал (KoRV) и в результате страдают от высокой распространенности рака.

Ученые из Института исследований зоопарков и дикой природы им. Лейбница (Leibniz-IZW) совместно с Альянсом зоопарка Сан-Диего и дикой природы (SDZWA), зоопарками Европы, Ноттингемским университетом и биотехнологической компанией Illumina исследовали геном, историю жизни и здоровье 111 коал из SDZWA и европейских зоопарков, представляющих 55 триад (отец, мать и потомство) из нескольких поколений.

Ретровирус коал не был "приручен" и демонстрирует распространение новых интеграций

Биоинформатик д-р Гильерме Нойманн и коллеги проанализировали данные о коалах, содержащихся в неволе. Они наблюдали, что в одной части родословной KoRV интегрировался в известный ген, который при мутации участвует в развитии рака. Они смогли связать эту инфекцию со случаями, когда родители и все потомство умерли от рака.

В некоторых случаях интеграции KoRV в гены, по-видимому, были полезны для здоровья коал, ассоциируясь со сниженной предрасположенностью к раку, большей продолжительностью жизни или более высоким репродуктивным успехом. Один из примеров — ген SLC29A1, в интроне которого 50% коал в неволе и в дикой природе несут вставку KoRV. Особи с этой интеграцией демонстрировали повышенную экспрессию SLC29A1 и более низкую предрасположенность к раку. Механизм, с помощью которого повышенная экспрессия этого гена может обеспечивать защиту от рака, пока неизвестен.

Такие KoRV имеют тенденцию увеличиваться в количестве со временем — это указание на то, что ретровирусные интеграции могут иметь серьезные последствия на ранних стадиях колонизации генома, но со временем становятся менее вредными или даже иногда оказывают положительное влияние на здоровье.

Ученые также наблюдали распространение новых интеграций в пределах одного поколения коал. У некоторых потомков были интеграции в зародышевой линии, которые не обнаруживались ни у одного из родителей. Это означает, что интеграция в зародышевую линию произошла в клетках родителей, производящих сперматозоиды или яйцеклетки, и была передана их потомству, в то время как интеграция ретровируса не наблюдалась в соматических клетках родителей.

Такое быстрое появление новых копий ретровируса в геноме демонстрирует, что он еще не был "приручен", как большинство человеческих эндогенных ретровирусов и ретровирусов многих видов диких животных, и по-прежнему представляет опасность для здоровья коал.

Реконструкция ретровирусной интеграции может направлять программы разведения коал

Такой большой набор данных с обширной сопутствующей информацией об истории жизни и здоровье позволил ученым рассчитать генетические оценки риска (GRS). Это означает, что можно исследовать индивидуальные интеграции и определить, представляют ли они риск негативных исходов, положительных исходов или не оказывают никакого влияния на здоровье коал. В одном случае животное с самым высоким GRS для развития лейкемии, связанным с KoRV, интегрированным в онкоген, умерло от лейкемии в ходе проекта, что подчеркивает прогностическую природу GRS.

"GRS на основе этого исследования может помочь направлять программы разведения коал, чтобы уменьшить количество KoRV, связанных с плохим прогнозом для здоровья, и увеличить количество тех, которые полезны или не оказывают эффекта в популяциях в неволе", — говорит проф. Алекс Гринвуд, глава отдела болезней диких животных Leibniz-IZW. — "Это действительно может улучшить здоровье популяций коал в неволе или управляемых диких популяций в долгосрочной перспективе".

Авторы надеются, что с информацией, полученной из такого богатого набора данных, можно добиться прогресса в улучшении здоровья и сохранении коал, внедряя стратегии разведения, которые позволяют избежать негативных последствий для здоровья от инфекции KoRV, одновременно максимизируя положительные эффекты, которые также были наблюдаемы.

Использование преимуществ GRS потребует полного секвенирования генома каждой отдельной коалы, но в будущем более экономичные методы — например, праймеры для амплификации только интересующих регионов генома или специальный SNP-чип для коал, включающий интеграции — являются потенциальными компонентами практического подхода для зоопарков.