Retrovirus: "femte kolonne" af DNA

Retrovirus: “femte kolonne” af DNA

Alexey Rzheshevsky
"Popular Mechanics" №7, 2015

I mange år, mellem evolutionister og creationister, har debatten fortsat med, hvordan man virkelig skete – gennem evolution eller guddommelig skabelse? Heldigvis har gamle virus været kronisk evolution i millioner af år og skrevet det til vores DNA.

Selvfølgelig, for enhver person, der er mere eller mindre bekendt med biologi, var spørgsmålet "udviklingen af ​​levende organismer?" eksisterer bare ikke. Faktisk, som Theodosius Dobzhansky, en af ​​de førende århundredes fremtrædende biologer, med rette bemærkede: "Intet i biologi giver mening, undtagen i lyset af evolutionen." Men for de fleste er det naturligvis ikke så ubestrideligt. Og for at tydeligt vise beviser for evolutionære processer har biologer samlet mange vægtige argumenter for molekylære genetiske og biokemiske egenskaber. Som en af ​​evolutionens vigtigste evner var, uanset hvor overraskende det forekommer, de velkendte vira.

Vi taler om relikske retrovirale sekvenser – de såkaldte endogene retrovirus, der sidder stille i vores celler. Disse retrovirus er spor af tidligere møder med vira som hiv og andre. Millioner af år siden angreb de celler af de døde levende organismer.Og hvis organismen ikke døde, men succesfuldt klarte et virusangreb, forblev virene i den "demonterede" (deaktiverede) tilstand i cellerne, der allerede har mistet deres evne til at blive inficeret. Hvis viruset inficerede cellerne i kønslinjen, blev det endogene retrovirus overført fra generation til generation, og rejste på denne måde gennem genomerne, nogle gange i millioner af år.

Efter dechifiering af DNA-nukleotidsekvensen hos mange dyr, herunder mennesker, blev det muligt at finde ud af, hvor disse rester af gamle virus er placeret i genomet. Og forskere så den strenge ordenlighed af placeringen af ​​endogene retroviruser – det viste sig, at de alle er placeret på strengt definerede steder i genomerne. Nogle af dem er kun karakteristiske for mennesker eller katte og findes ikke hos andre dyr. Andre retrovirus kan findes på samme sted, for eksempel i genomerne af gorillaen, chimpanseen, orangutanen og mennesker.

Næsten halvdelen af ​​genomet

Forskellige retrotransposoner (transposon er et mobilelement af DNA) revers transkriptionsproces har sine egne egenskaber.

I retrotransposoner med lange terminale gentagelser (LTR-retroposoner) forekommer revers transkription ikke i kernen, men i cytoplasma.Da LTR-retroposoner ved deres struktur og bevægelsesmekanisme ligner meget på virusser, kaldes denne klasse af mobile elementer retroviruslignende. Deres indhold i det menneskelige genom er omkring 8% af hele sekvensen af ​​nukleotider.

Den anden klasse af retrotransposoner, uden lange terminale gentagelser (ikke-LTR), omfatter elementerne LINE (Long Interspersed Elements – lange intermitterende elementer) og SINE (Short Interspersed Elements – korte intermitterende elementer). Flytning og indlejring af en DNA-kopi af disse elementer forekommer ikke i cytoplasmaet, men i kernen. LINE-elementerne er de talrige af de menneskelige mobilstrukturer: de besætter en femtedel (ca. 20%) af hele nukleotidsekvensen i DNA. Og de er de eneste mobile menneskelige gener, der stadig bevarer deres uafhængige evne til at bevæge sig.

Sandsynligheden for, at vira angriber celler og tilfældigt integrerer i genomerne af forskellige arter på nøjagtigt de samme positioner blandt milliarder af nukleotider, er ekstremt lille. Det er bare det samme som om flere millioner mennesker tog krig og fred i deres hænder og uden at sige et ord ville pege på det samme ord på samme side.Alt dette taler for det faktum, at i løbet af udviklingen blev fragmenter af vira i celler overført fra generation til generation og fra en art til en anden. Og det faktum, at retrovirus er placeret i to eller flere dyr i samme position i DNA'et tyder tydeligt på, at disse dyr stammer fra en fælles forfader.

I 2007 bladet natur med sin redaktionelle drøftede han en linje under alle tvister om menneskets oprindelse, beslutsomt og uden tvivl at sige: tidlige primater. "

Domesticated viruses

Endogene retrovirus tilhører en stor klasse af mobile elementer af genomet – til retroelementer. Disse mobilelementer bruger til deres bevægelser den mekanisme, der er angivet med præfikset "retro" i elementets navn – det betyder "omvendt bevægelse i modsat retning". Grundlaget for denne mekanisme er processen med omvendt transkription, som blev åbnet i 1970 af to nobelpristagere, amerikanske forskere Howard Temin og David Baltimore.

Transskription er overførslen af ​​genetisk information fra DNA til ribonukleinsyre (RNA), hvor DNA anvendes som udgangspunkt, en matrix. Transskription kan observeres, når nye proteiner syntetiseres. Før amerikanerne opdagede revers transkription, blev det antaget, at bevægelse i retning fra RNA til DNA var umulig. Men som det viste sig, er denne genetiske metode aktivt brugt i dyrelivet, herunder sådanne farlige repræsentanter for det som virus (blandt hvilke HIV er den farligste for mennesker).

Retrovirus livscyklus

Virusen er knyttet til veldefinerede værtsceller på grund af dannelsen af ​​capsidproteinbindinger og receptorer på celleoverfladen. Efter at have trængt ind i cellen adskilles dets egne enzymer eller værtscellens enzymer fra kapsidet. Viral RNA frigives og undergår omvendt transkription: revers transkriptase danner en DNA-kæde i RNA-matrixen, og integrase initierer penetrering af proviralt DNA i kernen og dets inklusion i værtsgenomet. I kernen forekommer replikationsprocessen (genmontering) af viralt RNA, som allerede er blevet en integreret funktion af værtsgenomet,.I værtscytoplasma erhverver viralt RNA en capsid. Ved forplantning fra cellen opfanger den fornyede virus en del af værtsmembranen med den som sin egen konvolut.

Relikvierne, der er arvet fra fossile vira, der angreb vores forfædre ved evolutionsgryden, kom til en fuldstændig "værdiløshed" og tabte deres tidligere styrke. Selvom de under visse omstændigheder stadig kan "ryste gamle tider" og vise deres ødelæggende magt. For få år siden blev det opdaget, at humane interne (endogene) retroviruser kan interagere med eksterne virus, såsom HIV. Udefra ser det ud som et venligt samarbejde: I tilfælde af behov kan vira, der har penetreret udefra, leveres af "hjemmelavede" vira (proteinstrukturer) til effektiv introduktion af sidstnævnte i det menneskelige genom.

Dette blev bevist i 2009 af en gruppe forskere fra Canada, Frankrig, Schweiz og USA under ledelse af Hans Hengartner. Forskerne spores, hvordan en ekstern RNA-virus, en lymfocytisk choriomeningitisvirus (LCMV), blev assisteret af et endogent intracistern A-type partikel retrovirus (IAP), der var stille placeret inde i cellen. Det "hjemmelavede" retrovirus-IAP gav sin udenlandske transcriber LCMV med sin transkriptase, et enzym, der var nødvendigt for indførelsen af ​​viruset i dyrets DNA.Desuden har forskere eksperimenteret med genomerne af forskellige dyr, herunder mennesker, og overalt var resultatet det samme – vira hjalp hinanden.

Virion enhed

Retrovirus RNA er placeret i et proteinovertræk kaldet en kapsid. Den ydre lipidskal er dækket af fibre 8-10 nm lang. Virionen har form af en icosahedron (dvadtsatigrannika) og en diameter på 80-100 nm.

Andre tilfælde af overraskende gensidig hjælp mellem vira kan observeres: humane endogene retrovirusser kan donere deres enzymer, proteaser til immunbristviruset. Det er på en sådan slående måde, at HIV effektivt modvirker folks indsats for at besejre det: nogle moderne anti-HIV-lægemidler er designet til at undertrykke proteinase. Det er ikke tilfældigt, at akademiker fra det russiske videnskabsakademi Evgeny Sverdlov, der dedikeret mange år til studiet af vira, sammenlignede endogene retrovirus med den "femte kolonne" af hiv. Derudover er flere forskellige vira forbundet med hiv-infektion, som gensidigt forstærker hinandens skadelige virkninger. Fra sådanne fakta er selv erfarne forskere betagende: vira forener imod mennesket!

Fremskridt motor

Tilbage i slutningen af ​​1980'erne var det muligt at komme på tværs af en erklæring om, at retrovirus ikke er i stand til at forårsage en epidemisk proces. Og herfra – frugtløse forsøg fra forskere at skabe en vaccine mod hiv. Retrovirus i dag har ikke mistet deres evne til at forårsage en større pandemi. Imidlertid kan retrovirus ifølge forskere være nyttigt. Det antages, og ikke uden grund, at de tjente os godt under udviklingens udvikling, overførsel til menneske og andre levende organismer deres strukturelle elementer, som senere blev vores gener.

Hvordan opbygger vi en supervirus

Ifølge akademiker fra det russiske videnskabsakademi Evgeny Sverdlov kan en overvågning som hiv "form" fra fragmenter af reliktvirus. Og så er der ingen undslippe den globale pandemi med store menneskelige ofre. Særligt farligt er den såkaldte xenotransplantation – transplantation af animalske organer til mennesker. Hvordan kan retrovirus af dyr, der potentielt er i stand til at interagere med virus af det menneskelige genom, manifestere sig, er vanskeligt at forudsige. Derfor er mange forskere kategorisk imod sådanne transplantationer.

I dag er en række vigtige gener, der stammer fra retroelementer, netop kendt.Først og fremmest er disse nogle gener involveret i fostrets udvikling. For flere år siden var der tegn på, at retrovirus kunne spille en væsentlig rolle i udviklingen af ​​plasentale dyr. Udseende af placenta i gamle organismer er et vigtigt stadium i deres evolutionære udvikling mod komplikation. Placenta tillod de menneskelige forfædre at udvide intrauterin udvikling. I dag er kardinale ændringer i pattedyr, der levede omkring 60 millioner år siden, forbundet med dette – en stigning i hjernens størrelse og den gradvise udvikling af mentale evner.

Forskere ved Tokyo Medical University undersøgte effekten af ​​et gen Peg10 på udviklingen af ​​placenta hos mus. De fandt, at musembryoner, der har genet Peg10 blev deaktiveret, døde på den tiende dag efter befrugtning på grund af en klar krænkelse af udviklingen af ​​moderkagen. gen Peg10 Den har en struktur svarende til Sushi-ichi retrotransposon. Det antages, at denne transposon blev introduceret i genomet af gamle pattedyr, og derefter i løbet af evolutionen "tæmmet" og begyndte at udføre vigtige funktioner i udviklingen af ​​placenta som et af generne.

I 2008 har en gruppe danske genetikere, Anders Keldberg og hans kolleger,beskrevet en anden gruppe gener, som vi fik som følge af "molekylær domesticering." Virus har et gen i deres sammensætning envansvarlig for syntesen af ​​virale kappeproteiner. Danske forskere har opdaget, at nogle af generne env, nemlig ENVV1 og ENVV2, tilbage fra relikse vira i alderen 50-70 Ma, udviklede sig i evolution til en "nyttig" del af DNA. Nu arbejder disse gener i menneskelige og aber placenta celler. Det antages, at de kan styre cellefusionen under dannelsen af ​​det ydre lag af placenta og beskytte embryoet mod moderens immunsystem. Det er også muligt, at disse virale gener beskytter embryoet mod andre retrovirus.

I 2013 opdagede en stor gruppe russiske forskere fra flere laboratorier (A. Buzdin og hans kolleger) et andet endogent retrovirus, der har gennemgået "molekylær domesticering". De undersøgte en stor gruppe af retrovirusser, som er unikke for det menneskelige genom, humane-specifikke endogene retrovirusser (hsERV). Disse retrovirusser anslås at have mere end hundrede eksemplarer i vores DNA.

Det vigtigste mål for russiske biologer var at søge efter hsERV retrovirus, som udfører funktionerne hos forstærkere (forstærkere).Enhancere er en nukleotidsekvens med regulatoriske funktioner, som normalt er placeret nær (eller inde) generne og øger deres ekspression. Af alle de hsERV'er, der blev fundet i dag, var kun seks kopier placeret i områder med den sædvanlige placering af forstærkere. Efter at have studeret disse seks retrovirus kunne forskerne identificere en hsERV placeret nær det vigtige PRODH gen.

PRODH-genet koder for et enzym, prolin-dehydrogenase, der er forbundet med syntesen af ​​glutamat, en af ​​neurotransmitterne, som stimulerer transmissionen af ​​excitationssignaler i nervesystemet. I chimpanser har et lignende gen på alle dens steder (i hippocampus, den præfrontale cortex og kaudatkernen) ikke et DNA-område med endogene retrovirus ved siden af ​​det og er mindre aktivt end det menneskelige. Der er grund til at tro, at indførelsen af ​​et retrovirus nær dette gen spillede en vigtig rolle i udviklingen af ​​menneskelige mentale evner.

Jordværter

En interessant hypotese om rollen som retroelements i evolution blev foreslået for flere år siden af ​​mikrobiologen Mikhail Supotnitsky, der betragter vira ikke som et tilfældigt indfald af naturen, men som et komplekst udviklingsinstrument.De introducerede et nyt koncept – "retroviral evolution".

Ifølge Supotnitsky er nøjagtige retrovirus (og retroelements) de egentlige ejere af Jorden. De opstod for os i udviklingsprocessen, deltog aktivt i skabelsen af ​​komplekse organismer og er i stand til at ødelægge hele menneskeheden af ​​hensyn til et større antal arter.

Som det fremgår af hypotesen, blev det multicellulære immunsystem skabt af retroelementer og kan fungere som et naturreservoir for retrovirus. Antallet af retrovirus fra tid til anden når i befolkninger af "kritisk masse", som følge af, at størstedelen af ​​levende organismer dør ud og bliver resistente over for virus.

Forfatteren er meget taknemmelig
d. f. n. A. A. Buzdin (Institut for Bioorganisk Kemi, RAS)
for hjælp til at skrive en artikel.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: