Первые ретровирусы, в том числе и "предки" вируса иммунодефицита человека, появились на Земле около 500 миллионов лет назад, примерно на 200-300 миллионов лет раньше, чем считали специалисты, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Мы выяснили, что ретровирусы существуют на Земле уже как минимум 450 миллионов лет, если не больше, и они должны были появиться вместе с их позвоночными жертвами во времена палеозоя или даже раньше. Более того, они проникли внутрь геномов позвоночных еще до того, как наши предки колонизировали сушу. Вирусы были их спутниками при переходе к сухопутной жизни и сопровождали их на протяжении всей истории жизни", — заявил Арис Кацуракис (Aris Katzourakis) из Оксфордского университета (Великобритания).

Ретровирусы представляют собой особый вид вирусов, способных проникать внутрь живых клеток, восстанавливать свою ДНК, используя РНК-шаблон, и вставлять свой генетический код в геном жертвы. Ретровирусы, к числу которых относится ВИЧ, поражают в основном позвоночных животных, и следы их существования можно найти в ДНК человека и всех остальных животных в виде так называемых транспозонов – мобильных участков ДНК, способных к самокопированию и перемещению внутри генома.

В некоторых случаях заражение ретровирусами вело к резким изменениям в образе жизни и работе организма его носителей. К примеру, сегодня ученые считают, что млекопитающие перешли к вынашиванию детенышей в утробе благодаря заражению наших предков ретровирусом, который перемешал и случайно "включил" гены, связанные с внутриутробным развитием. Некоторые виды ос и бабочек смогли "приручить" ретровирусы и научились использовать их в качестве "биооружия".

Сегодня большинство ученых считает, что ретровирусы появились относительно недавно по сравнению со сроками существования жизни на Земле – около 250-300 миллионов лет назад, когда позвоночные животные только начали осваивать сушу. Поэтому биологи предполагали, что ретровирусы возникли изначально на суше и только потом проникли в другие среды жизни, в том числе в океан.

Кацуракис и его коллеги выяснили, что ретровирусы возникли в водах океана и могут быть гораздо древнее, изучая так называемые "вирусы пенистости" (Spumavirus) – древние ретровирусы, присутствующие сегодня в организме почти всех обезьян в Африке и многих людей. Они возникли около 30 миллионов лет назад и обладают необычной формой, похожей на пену, и уникальным механизмом размножения.

Следы подобных вирусов, как отмечает Кацуракис, присутствуют в ДНК почти всех видов позвоночных животных, что позволило его команде вычислить скорость эволюции данных ретровирусов и определить, когда началось их развитие. Для этого ученые проанализировали структуру "обрывков" вирусов пенистости в ДНК разных видов животных, сравнили их между собой и определили, какие мутации появлялись в них по мере эволюции их жертв.

Как показало это сравнение, ретровирусы оказались неожиданно древней группой паразитов – они возникли, по расчетам Кацуракиса и его коллег, около 500 миллионов лет назад, фактически одновременно с появлением первых позвоночных существ или даже раньше.

Такой возраст ретровирусов говорит о том, что они возникли до развития так называемого адаптивного иммунитета – отличительной черты всех позвоночных животных, позволяющей млекопитающим, птицам, лягушкам и рыбам выживать при появлении новых, ранее незнакомых вирусов и микробов. Как считают авторы статьи, возникновение ретровирусов и возможная борьба наших предков с "предтечами ВИЧ" могли послужить причинами рождения этой части иммунной системы.

Источник: РИА Новости

Когда ретровирус попадает в клетку, первым делом он производит ДНК-копию своего генома — потому что его наследственный материал хранится в молекуле РНК. Эта вирусная ДНК потом встраивается в ДНК клетки, так что теперь все манипуляции, которые клетка предпринимает со своей ДНК, она будет проделывать и с вирусной ДНК. Этот манёвр упрощает обман клеточной молекулярной машинерии. Из известных вирусов так поступает, например, ВИЧ. 

Наши эмбриональные стволовые клетки поддерживают собственное «всемогущество» за счёт древних вирусов. (Фото David Scharf.) Но самое интересное происходит тогда, когда вирус попадает в половую клетку, сперматозоид или яйцеклетку либо в их предшественников. Случается это довольно редко, однако приводит к серьёзным последствиям: гены вируса могут быть переданы следующему поколению. По некоторым оценкам, примерно 8% человеческого генома — это вирусные гены, доставшиеся нам от вирусных инфекций многомиллионолетней давности. Такие генетические фрагменты назвали эндогенными ретровирусами, и считается, что никакой особой роли в жизни наших клеток они не играют, что это так называемая мусорная ДНК.

Однако в свете последних данных роль «тайных» вирусов в нашем геноме, похоже, придётся пересмотреть. Исследователи из сингапурского Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A*STAR) сообщают, что эндогенные ретровирусы подсемейства Н, HERV-H, чрезвычайно активны в эмбриональных стволовых клетках человека. Ни в каких других клетках эти вирусные гены больше не работают, однако в эмбриональных клетках они выполняют весьма важную функцию — поддерживают плюрипотентность. 

Эмбриональные плюрипотентные стволовые клетки обладают замечательным свойством: они могут давать начало любому типу специализированных «взрослых» клеток; именно эта способность и называется плюрипотентностью. Когда Синьюй Лу (Xinyi Lu) вместе с коллегами из Сингапура и Канады обработал стволовые клетки специальной РНК, подавляющей активность генов HERV-H, клетки потеряли свои стволовые признаки и стали похожи на соединительнотканные фибробласты. Дальнейшие эксперименты показали, что при этом уменьшалась активность белков, отвечающих за плюрипотентность. 

В геноме человека около 1 000 копий ретровируса HERV-H; кроме нас, он есть только у человекообразных обезьян, а это значит, что в геном он пришёл не раньше 20 млн лет назад. У других животных его нет, то есть стволовое плюрипотентное состояние клеток поддерживается у них за счёт каких-то иных механизмов (хотя вполне возможно, тоже вирусного происхождения). Дальнейшие исследования должны прояснить, что именно делает HERV-H в стволовых клетках, а это должно помочь понять, что вообще происходило со стволовыми клетками в эволюции. До возникновения HERV-H у приматов могли существовать какие-то другие молекулярно-клеточные механизмы, способствующие контролю стволового состояния у эмбриональных клеток, но появление вирусного гостя могло эту процедуру сильно упростить, и клетки просто воспользовались подходящим инструментом. 

Ну а про потенциальные практические следствия из исследований HERV-H можно и не говорить: учёные давно пытаются найти простой и эффективный способ контролировать переход клеток из стволового состояния в дифференцированное и обратно, так что, возможно, HERV-H придётся тут весьма кстати. 

Это не первый случай, когда учёные указывают на вирусную помощь в эволюции животных и вообще многоклеточных. Так, совсем недавно писаолсь о важных белках, необходимых для формирования некоторых тканей в нашем организме и тоже, по-видимому, являющихся подарком от вирусов, а так же о вирусном происхождении иммунитета.

Результаты исследования опубликованы в Nature Structural & Molecular Biology. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА