Nauka i evolucija: Virusi koji su pomogli čovečanstvu
Iako se uglavnom povezuju sa izazivačima različitih bolesti, a povremeno i razarajućih pandemija, virusi su odigrali važnu ulogu i u procesu ljudske evolucije - bez njih ne bi bilo ni nas samih.
Mabuja gušteri koji žive u Andima u Kolumbiji nisu kao ostali gmizavci.
Reptili uglavnom polažu jaja sa tvrdom ljuskom, ali neki od mabuja guštera rađaju žive potomke.
Presudno je to što majke imaju placente, specifične organe za hranjenje svojih mladunaca dok se nalaze unutar njihovih tela.
Posteljica se najčešće povezuje sa sisarima kao što su miševi i ljudi: mi smo placentalni sisari.
Ali i druge vrste životinja imaju razvijenu placentu.
- Zašto su virusi potrebni da bi svet funkcionisao
- Da li je srpski genom mit
- Revolucionarno saznanje - prvi put otkriven čitav ljudski genom
Zoološkinje Marta Patriša Ramirez-Pinilja i Adrijana Heres sa Industrijskog univerziteta Santander u Bukaramangi, u Kolumbiji su 2001. otkrile su da mabuja gušteri imaju ekstremno razvijene posteljice i da se one ne razlikuju mnogo od naših.
Iako je ovo prilično iznenađujuće otkriće za reptile, koji uobičajeno ležu kožasta jaja, pravo otkriće je stiglo 16 godina kasnije kada se Ramirez-Pinilja udružila sa genetičarem Tjerijem Hajdmanom sa instituta Gustav Rusi u Parizu i njegovim kolegama.
Oni su otkrili da gušteri imaju gen koji je od esencijalnog značaja za stvaranje placente, kao i da on potiče iz virusa.
Tokom poslednjih 25 miliona godina, potomci guštera su bili inficirani virusom koji je sopstveni DNK ugradio u njihov genom.
Umesto da im to naškodi, gušteri su na neki način prihvatili viralni DNK i iskoristili ga da razviju prve placente.
Zahvaljujući virusu, gušteri su razvili novi organ.
„Ovo genomsko prihvatanje je koincidiralo sa pojavom placentalnih guštera", kaže Hajdman.
Ono što je zaista neobično u ovoj priči je, ipak, to što ona nije neobična.
Oko deset odsto ljudskog genoma dolazi iz virusa, a te viralne DNK su igrale ključnu ulogu u našoj evoluciji.
Deo toga je bio i izvor placente kod sisara.
Neki drugi delovi su uticali na naš imuni odgovor na bolesti i stvaranje novih gena. Bez virusa, ljudi ne bi evoluirali.
Virusi su toliko jednostavni da ih mnogi biolozi i ne tretiraju kao da su potpuno živi.
Svaki virus je u principu mikroskopsko pakovanje genetskog materijala.
Razmnožavaju se isključivo inficiranjem živih ćelija, podređujući kompletnu ćelijsku mašineriju ne bi li napravili sopstvene kopije.
Tokom tog procesa, oni vrlo često izazivaju bolest kod sopstvenih domaćina.
Virusi koji sopstveni genetski materijal ubacuju u genom domaćina nazivaju se retrovirusima.
Njihova priroda je po prvi put otkrivena tokom 1960-ih i 1970-ih godina, mada su neki od njih izolovani i decenijama pre toga.
Posle otkrića iz 1964. godine da bi neki od virusa mogli da iskopiraju sopstveni genetski materijal u DNK vlastitih domaćina, naučnici su otkrili DNK viralnog porekla u genomima pilića.
- Naučnice osvojile Nobelovu nagradu za hemiju za „makaze" koje menjaju gene
- „Uređivanjem“ DNK do uklanjanja genetskih defekata
- Otkrivene nove bolesti, hiljade dece konačno dobilo dijagnozu
Iako se radi o velikoj i raznovrsnoj grupi virusa, danas su poznata samo četiri retrovirusa koja su u stanju da zaraze ljude.
Svi su otkriveni u 1980-im godinama: humani T-limfotropni virus 1 (HTLV-1), koji izaziva jedan oblik raka, kao i njima bliski HTLV-2, a tu su i virus humane imunodeficijencije (HIV) tipa 1 i 2, koji izaziva sidu.
Ukoliko retrovirus inficira ćeliju u plućima ili koži, to je uglavnom loša vest za osobu kojoj se to dešava, ali su posledice ograničene po evoluciju naše vrste jer se ta DNK ne prenosi na sledeću generaciju.
Ponekad se retrovirus nađe u zametnoj liniji: ćelije koje stvaraju spermu i jaja mogu viralnu DNK da prenesu i na potomstvo.
Ovakve delove viralne DNK nazivamo endogenim retrovirusima (ERV).
Upravo su ovi nasledni delovi viralne DNK u stanju da promene pravac evolucije.
Endogeni virusi su svuda oko nas
Kompletna skala humanih endogenih retrovirusa je otkrivena kada je prvi nacrt humanog genoma bio objavljen 2001. godine.
„Ispostavilo se da se tamo nalazila velika količina viralnih sekvenci", kaže Hajdman.
Oko osam odsto humanog genoma sastoji se od endogenih retrovirusa.
Neki od njih su zaista drevni.
Jedna studija iz 2013. godine je identifikovala endogeni retrovirus u humanom hromozomu 17 koji je star najmanje 104 miliona godina, a verovatno je i stariji.
To znači da je on rezultat viralne infekcije sisara koja se odigrala u eri u kojoj su dinosaurusi vladali planetom.
Endogeni retrovirus je pronađen samo kod sisara sa placentama, tako da je moguće da je integrisan pošto su se placentalni sisari odvojili od torbarskih rođaka.
Ovi virusi nisu ograničeni samo na sisare i reptile.
„Svi kičmenjaci imaju endogene retroviruse", kaže Nikol Grandi, molekularna virološkinja sa univerziteta u Kaljariju, u Italiji.
Većina humanih endogenih retrovirusa nije unikatna za našu vrstu, već se može pronaći i kod nekih primata, kao što su šimpanze.
To znači da su postali deo genoma primata pre nekoliko miliona godina, mnogo pre nego što je naša vrsta evoluirala i da smo ih nasledili od naših majmunskih predaka.
- Naučnici su uspeli da stvore ljudski embrion: Zašto je to važno
- Naučnice osvojile Nobelovu nagradu za hemiju za „makaze" koje menjaju gene
- Zašto ljudi nemaju krzno
Zanimljivo je da nema dokazi o novim endogenim retrovirusima u humanom genomu u poslednjih nekoliko hiljada godina.
Jedini retrovirusi sa kojima se naša vrsta trenutno bav su HTVL i HIV, kaže Grandi, i nijedan od njih, prema istraživanjima, ne zaražava ćelije iz zametne linije.
„Trenutno ne primećujemo aktivnu endogenizaciju kod ljudi", kaže Grandi.
Stvari su potpuno drugačije kod drugih vrsta.
Koale trenutno napada kaolin retrovirus (KoRv), pronađen u DNK u pojedinim populacijama koala, ali ne i u nekim drugim.
Genetičari koji se bave koalama su trenutno u mogućnosti da „prate direktan prenos invazije na njihov genom".
Poreklo posteljice
Za humane endogene retroviruse se originalno smatralo da su neaktivne ,,fosilne sekvence" ili deo ,,otpadne DNK" u našem genomu.
Međutim, kao i u slučaju navodno otpadne DNK, ispostavilo se da su mnogi humani endogeni retrovirusi aktivni.
Najproučavaniji endogeni retrovirus u humanom genomu se zove HERV-W i prvi put je opisan 1999. godine.
On kodira sincitine, proteine koji mogu da se nađu u placenti.
Baš kao i u slučaju mabuja guštera, ovi viralni geni su od ključnog značaja pri stvaranju placente.
Veza između virusa i placente ima smisla ukoliko znamo šta sincitini zaista rade.
Ovi proteini imaju sposobnost da spoje dve ili više ćelija u jednu.
Kada su ovi proteini bili viralni, virus ih je koristio za spajanje sa spoljnim omotačem ćelije i tako ih inficirao.
Takvu sposobnost spajanja je prihvatila i placenta.
Spajanjem ćelija majke i embriona, placenta je u stanju da u embrion prenese hranljive materije i da se oslobodi otpada.
I to se ne dešava samo kod ljudi.
Pogledajte i ovaj video
Slični sincitini su pronađeni i kod majmuna kao što su gorile.
Nedavne studije pokazuju da su retrovirusi konstantno inficirali sisare tokom evolucione istorije, tako da su različite grupe sisara često imale različite sincitine izvedene iz različitih retrovirusa.
„Mi pretpostavljamo da je u stvari pre 150 miliona godina postojao temeljni endogeni virus koji je doveo do pojave placentalnih sisara", kaže Hajdman.
Od tada se nižu ponovljene infekcije koje su jednog trenutka preklopile originalni endogeni virus, pa zato ne možemo da ga pronađemo u živim sisarima.
Istraživanje o mabuja gušterima je značajno jer pokazuje da su gušteri posteljicu stekli pošto su po prvi put bili zaraženi retrovirusom i smatra se da se isto moglo dogoditi i sa precima svih placentalnih sisara.
„Bila je to demonstracija veze između nastajanja placente i nastajanja sincitina", kaže Hajdman.
Priča o sincitinu i placenti je jedan od najdramatičnijih primera kako viralna DNK utiče na evoluciju.
Ona je posebno značajna jer je kompletan zaraženi gen preživeo u humanom genomu i kodirao protein.
Mnogi drugi retrovirusi ne kodiraju protein, ali i dalje imaju sopstvenu funkciju.
Neki od njih imaju ulogu u matičnim ćelijama: višenamenske ćelije su pronađene i u embrionima u razvoju.
Neke matične ćelije su pluripotentne, što znači da mogu da se razviju u bilo kojoj ćeliji u telu, od neurona do mišićnih vlakana.
Porodica retrovirusa pod imenom HERV-H je od suštinskog značaja za pluripotenciju.
Ipak, oni ne kodiraju protein.
Umesto toga, HERV-H sekvence su kopirane u molekule koje nazivamo RNK i oni ćelije održavaju pluripotentnim.
džUkoliko su one potisnute, onda se menja i morfologija ćelija i one gube sposobnost da zadrže sopstveno nediferencirano stanje", kaže virološkinja Kristina Kozak iz nacionalnog instituta za alergije i infektivne bolesti u Betesdi, u saveznoj državi Merilend.
Drugi endogeni retrovirusi regulišu aktivnost gena i time kontrolišu i ostale procese u organizmu.
Tako, na primer, naša tela koriste enzim amilazu ne bi li razgradili ugljene hidrate kao što je skrob u hrani.
„Amilazu imamo u pankreasu, a imamo je i u ustima, u pljuvačci", kaže Grandi.
Gen amilze se aktivira u pljuvačnoj žlezdi uz pomoć DNK sekvence koju nazivamo promoterom i koji dolazi iz endogenog retrovirusa.
Virusi koji nas čine zdravim
S obzirom na to da endogeni retrovirusi dolaze iz virusa, nije iznenađenje da su sada mnogi naučnici zainteresovani za proučavanje njihove uloge u zdravlju.
Jedan takav primer su zabeležili 2022. godine naučnici koje je prevodio Sedrik Fešot, molekularni biolog i genetičar na Kornel univerzitetu u Itaki, u saveznoj državi Njujork.
Njegov tim je pokušavao da kod ljudi pronađe slučaj fenomena već dobro poznatog kod drugih životinja - ponekada geni endogenog retrovirusa kodiraju proteine koji mogu da budu prihvaćeni od imunog sistema i upotrebljeni za borbu protiv drugih virusa.
Ciljani virusi mogu da budu tesno povezani sa virusima koji su i stvorili same endogene retroviruse ili sa onima sa kojima su samo u dalekoj vezi.
Fešot kaže da su antiviralni proteini iz endogenih retrovirusa proučavani kod miševa, pilića i mačaka.
„Ali koliko ja znam, takvih primera nema u humanom genomu", kaže on.
Njegov tim je skenirao poznate endogene retroviruse u humanom genomu i identifikovao na stotine sekvenci koje bi potencijalno mogle da kodiraju antiviralne proteine.
Zatim su se usredsredili na jedan gen, supresin, koji je kodirao protein sličan onima koji stvaraju spoljni omotač virusa.
- Može li nas iRNK vakcina učiniti nadljudima
- Matične ćelije: „Lek za ne daj Bože", etičke dileme i pitanja bez jasnih odgovora
- Zašto se neki ljudi teško razbole od Kovida - odgovor je u genima
Protein supresin blokira retroviruse da ne ulaze u samu ćeliju, jer se vezuje za receptore na spoljnom omotaču ćelije koji virusi inače koriste za prodor u ćeliju.
Fešot to poredi sa stavljanjem polomljenog ključa u bravu, koji će sprečiti da neko otključa ta vrata.
Supresin se uglavnom nalazi u placenti i embrionu.
„Ovo nam sugeriše da je njegova originalna uloga bila sprečavanje retrovirusa da zarazi embrion koji inače ima veoma slab imuni sistem.
„To je pre zaštita zametne linije nego samog organizma", kaže Fašot.
Ali on veruje da endogeni retrovirusi verovatno imaju veću ulogu u imunom sistemu.
„Imali smo 1.500 kandidata. To je mnogo gena i dok mnogi genetičari i dalje misle da je ERV inertan ili oštećen, to može da bude varljivo.
„Oni propadaju, ali i dalje stvaraju RNK, kao i dosta proteina i potrebna nam je dobra procena svega", kaže on.
Ova slika se još uvek upotpunjuje.
Studija objavljena u aprilu ove godine otkrila je da neki endogeni retrovirusi pomažu imunom sistemu da cilja kancerogene ćelije.
Da li nam endogeni retrovirusi prenose bolesti?
I pored toga što nas štite od bolesti, ne bi bilo iznenađujuće da su neki od endogenih retrovirusa odgovorni i za pojavljivanje nekih negativnih zdravstvenih efekata i kod ljudi.
„Trenutno se mnogo radi na mogućnosti da humani endogeni retrovirusi imaju veze sa bolestima
„U ovom trenutku postoji dosta činjenica koji navode na tako nešto, ali ne i konkretnog dokaza", kaže Kozak.
Za Fešota je ključna stvar u razumevanju onoga što endogeni retrovirusi rade, a čini se da to ne shvatamo baš uvek.
„Od kada su endogeni retrovirusi otkriveni, ljudi pokušavaju da ih dovedu u vezu sa karcinomima", kaže on.
To se dešava jer su se prvo otkrili oni koji kod kod životinja izazivaju rak.
Finansijeri su potrošili „tone novca" na istraživanje endogenih retrovirusa nadajući se da će tako otkriti mehanizam po kojem karcinomi rade, a samim tim i potencijalni lek.
„Ali mnogi su ostali praznih šaka".
- Gana prva odobrava vakcinu protiv malarije koja „menja svet“
- Genetski modifikovana gljiva koja ubija komarce
- Naučnici na tragu univerzalne vakcine protiv gripa - protiv svih 20 poznatih vrsta
Ključna stvar je da humani retrovirusi nisu sposobni da stvaraju viruse koji bi potom mogli da inficiraju druge ćelije.
„Ima ih puno kod miševa, ima ih i kod pilića, izazivaju najrazličitije bolesti, ali humane endogene retroviruse potpuno kontroliše ostatak genoma, pa stoga ne izazivaju viralne infekcije.
„Radi se o mnogo suptilnijim razlozima, verovatno o regulaciji ili neuređenosti gena, rekao bih", kaže Fešot.
Zbog toga što su endogeni retrovirusi široko rasprostranjeni u humanom genomu, oni su u stanju da koordinišu aktivnosti različitih gena koji su razdvojeni ogromnim širenjem sekvenci.
Mnogim telesnim procesima je neophodno da ti geni budu uključivani i isključivani iz tih aktivnosti u precizno određenim vremenskim sekvencama, a retrovirusi imaju veliku ulogu u toj regulaciji.
„Sada nanovo procenjujemo ulogu tih stvari u bolestima, ali uz pomoć drugačijih mehanizama".
Uloga endogenih retrovirusa u bolestima je za sada obavijena velom tajne.
Ali ono što je nepobitno je da su oni evoluciona mašina.
Insertiranjem novih delova DNK u naš genom, virusi su podstakli masivne promene u našem genetskom poretku.
Kada se ERV jednom nađe na svom mestu, oni su u stanju da podstaknu dupliranje ili brisanje delova DNK, a ako su promene nastale takvom akcijom dobre, one nastavljaju da se šire.
Nijedna životinja, a među njima ni ljudi, ne bi u sadašnjoj formi postojala da nije endogenih retrovirusa.
Finalna lekcija je da su ljudi zaista mozaična vrsta.
Mnogi od nas imaju određen procenat, oko dva odsto našeg genoma dolazi od neandertalaca.
Neke populacije imaju DNK i druge iščezle ljudske grupe, denisovaca, a svi smo mi stekli oko osam odsto našeg genoma od virusa.
,,Kada se bavimo katalogizacijom ljudskih gena, to je možda i ključno pitanje", kaže Fešot.
Danas je poznato otprilike 20.000 gena kodiranih proteinima, a uporediva količina naše DNK dolazi od virusa.
,,Na neki način, to je zapanjujuće otkriće".
Pogledajte video:
Pratite nas na Fejsbuku,Tviteru i Vajberu. Ako imate predlog teme za nas, javite se na bbcnasrpskom@bbc.co.uk
(BBC News, 10.10.2023)
