I virus che hanno afflitto i nostri antenati milioni di anni fa non sono storia antica, sono ancora con noi. I resti di geni virali costituiscono una parte relativamente grande del nostro DNA moderno e gli scienziati sono stati per lo più incerti sui ruoli, se del caso, che svolgono.
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Ora l'evidenza suggerisce che durante l'evoluzione umana abbiamo cooptato materiale genetico residuo da alcuni di questi "virus fossili" per invertire la rotta e aiutare il nostro sistema immunitario a combattere le malattie.
Gli scienziati hanno saputo che il nostro DNA è disseminato di frammenti di virus da quando il genoma umano è stato sequenziato per la prima volta circa 15 anni fa. Tuttavia, "è sorprendente per molte persone", afferma il coautore dello studio Cedric Feschotte, genetista dell'Università dello Utah. "È quasi inquietante."
Il codice genetico extra deriva specificamente dai retrovirus, che invadono le cellule ospiti in un modo unico. "Tra tutti i virus animali, sono i soli che integrano il proprio materiale genetico nei cromosomi del loro ospite", afferma Feschotte.
Quando gli antichi retrovirus infettavano i nostri antenati, a volte si infiltravano in uno spermatozoo umano o in una cellula uovo. Se quelle cellule continuavano a fecondare un embrione, tutti i geni virali incorporati in loro avevano un biglietto per viaggiare da una generazione all'altra.
Lungo la strada, il DNA di questi invasori a volte ha dato origine a nuovi virus, ma solo per un po '. Nel corso delle generazioni, le mutazioni genetiche hanno gradualmente modificato questi virus e alla fine hanno bloccato la loro capacità di infettare nuove cellule o di replicarsi completamente. Oggi, la maggior parte delle stranezze virali antiche lasciate nel genoma umano non ha una funzione ovvia.
"È importante capire che su questo 8 percento - queste centinaia di migliaia di frammenti di DNA sparsi in tutto il genoma - la maggior parte di quel materiale si trova lì e decade", spiega Feschotte. "Il nostro lavoro, e in realtà quello del nostro socio post-dottorato Ed Chuong, che ha svolto tutto questo lavoro, è stato quello di trovare gli aghi nel pagliaio - per identificare alcuni di quei pochi elementi che potrebbero essere stati cooptati per l'innovazione cellulare nel corso di evoluzione. "
Come parte del loro lavoro, gli scienziati hanno esaminato pezzi di antichi retrovirus che si trovano vicino a geni noti per funzionare nell'immunità. Hanno scoperto che i virus fossili si attivano quando esposti alle proteine di segnalazione chiamate interferoni, che vengono rilasciati dai globuli bianchi e da altre cellule durante un'infezione virale. Gli interferoni inibiscono la crescita virale e lanciano la produzione di proteine antivirali in altre cellule vicine.
Il team ha quindi esaminato tre diverse linee di cellule umane per vedere se i virus fossili nei loro genomi potessero legarsi con proteine di segnalazione pro-infiammatorie che aiutano ad accendere il sistema immunitario. Hanno identificato 20 famiglie che lo hanno fatto, tra cui una soprannominata MER41 che è entrata nel nostro albero evolutivo come virus da 45 a 60 milioni di anni fa.
Il team ha quindi esplorato il funzionamento del sistema immunitario senza alcuni di questi componenti virali. Hanno usato uno strumento di modifica del genoma chiamato CRISPR / Cas9 per rimuovere quattro parti del DNA del virus residuo. Ogni volta che lo facevano, paralizzava il nostro sistema immunitario innato: le cellule non rispondevano completamente agli interferoni come avevano fatto prima, il team riferisce questa settimana su Science .
I ricercatori ipotizzano che tali interruttori regolatori una volta garantissero che il virus antico sarebbe stato in grado di replicarsi prima della risposta immunitaria, una strategia che è stata vista nei retrovirus moderni, incluso l'HIV.
"Non siamo rimasti troppo sorpresi nel vedere che 50 milioni di anni fa un virus là fuori avrebbe già potuto utilizzare quella strategia per il proprio scopo egoistico", afferma Feschotte. "È ironico che le cose si siano ribaltate e che questi elementi di derivazione virale siano stati cooptati per regolare i geni che controllano, tra le altre cose, le infezioni virali".
Lo studio sta uscendo perché si aggiunge alle crescenti prove del modo in cui il materiale genetico dei virus antichi è stato riproposto a nostro vantaggio, afferma il virologo medico dell'Università di Oxford Gkikas Magiorkinis. Ad esempio, una proteina chiamata sincitina, che è essenziale per la costruzione della placenta nei mammiferi, deriva da un antico gene virale che una volta aiutava il virus a diffondersi nel corpo.
"È solo raramente che accada che alcune di queste sequenze virali siano arrivate nel posto giusto al momento giusto, ma chiaramente ci sono state molte opportunità, e questa è la chiave", afferma Feschotte. "Questa è probabilmente la punta dell'iceberg."
Magiorkinis osserva, tuttavia, che mentre il DNA virale sembra dare una spinta ai nostri geni in determinate circostanze, non è necessariamente qualcosa di indispensabile per la nostra sopravvivenza. Invece, alcuni aiutanti virali probabilmente sono diventati attivi perché hanno dato agli umani antichi un vantaggio in circostanze specifiche.
"Ad esempio", ipotizza, "un potenziamento delle risposte immunitarie innate come descritto nel documento probabilmente ha fornito un modo per combattere un'epidemia antica causata dalla forma esogena del retrovirus, o forse anche un altro."
Processi simili potrebbero anche aver prodotto risultati più scuri. Tali resti virali sono stati collegati a numerosi disturbi, tra cui la malattia neurodegenerativa SLA. Il ruolo che questi geni possono svolgere in questo e altri disturbi rimane oscuro, ma Feschotte e il suo team pensano che il loro lavoro possa offrire nuovi indizi sui motivi per cui i resti virali diventano attivi nel nostro genoma e cosa succede quando quel processo va storto.
"La riattivazione di alcuni di questi switch di derivazione virale potrebbe suggerire un'ipotesi verificabile su ciò che potrebbe accadere quando queste sequenze virali diventassero erroneamente regolate, ad esempio nel contesto di alcuni tumori e malattie autoimmuni", afferma.
