Kodėl vieni žmonės virusams atsparesni nei kiti? Ilgus šimtmečius atsakymo mokslininkai negaudavo, bet covid19 amžiuje tapo vienu iš šventųjų biomedicininių tyrimų gralių.
Kolorado Universiteto, esančiame Boulder mieste (JAV), Molekulinės, Ląstelių ir Vystymosi Biologijos Katedros docentas Ed Chuong siūlo intriguojantį atsakymą: dėl senovės parazitų poveikio mūsų protėviams amžiams pakito mūsų genomas, kuris ir formuoja įvairius mūsų imuninės sistemos atsakus šiandieną. „Jei atidžiai pažvelgsite į mūsų genomą, virusai šimtus milijonų metų formavo ne tik mūsų gyvenimą, bet ir biologiją bei evoliuciją“, – sakė Chuong, kuriam (šiandien) buvo skirta prestižinė 875 000 USD vertės „Packard“ stipendija šiai idėjai ištirti. “Gali būti, kad senos virusinės sekos iš praeities pandemijų dabar padeda mums kovoti su šiuolaikinėmis.”
Pasakykite žodį „genomas“ ir dauguma žmonių galvoja apie maždaug 20 000 genų, kurie koduoja gyvybei reikalingus baltymus. Tačiau iš tikrųjų, pažymi Chuong, mes galime būti labiau virusai nei žmonės. Ankstesni tyrimai rodo, kad bent pusę žmogaus genomo sudaro DNR dalys, kurias paliko virusai ir kiti į virusus panašūs parazitai – transpozonai (angl. k. transposons), kurie per pastaruosius 50 milijonų metų pateko į mūsų primatų protėvių ląsteles.
2016 metais kita mokslininkų grupė sukūrė „miegančio gražuolio“ transpozono variantus, kurie, jų teigimu, efektyviau įterpia genetinę medžiagą į ląsteles. Plačiau skaityti čia.
Transpozonai gali patys save kopijuoti ir gali judėti iš vieno DNR molekulės regiono į kitą (kopijuotis per genomą). Kai kurie endogeniniai retrovirusai yra transpozonai. Kaip užfiksuota dokumentuose, beveik 8% žmogaus genomo sudaro endogeniniai retrovirusai, o beveik 50% žmogaus genomo – transpozonai. Manoma, kad virusai per transpozonus vaidina svarbų vaidmenį genetiniuose pokyčiuose ir daro įtaką evoliucijos ir spekuliacijos procesams. Skaityti čia.
“Žmogaus genome šių invazijų pėdsakus galime pamatyti visur, tai tarsi infekcijų įrašų iškasenos”, – sakė Kolorado Universiteto docentas.
Tarp tų įsibrovėlių buvo ir vadinamieji endogeniniai retrovirusai. Kaip įprasta, iš pradžių virusai elgėsi savanaudiškai, ragino šeimininko ląsteles daryti daugiau kopijų, kad galėtų prasiskverbti į kūną ir užkrėsti kitus. Laikui bėgant virusai prarado gebėjimą sargdinti ir plisti, tačiau įsiskverbę į lytinės ląstelės, tokias kaip spermatozoidai ar kiaušinėliai, toliau „įrašinėjo“ savo genetinį kodą į ateinančias kartas.
Mokslininkai ilgai manė, kad tie likučiai yra nenaudingi – „DNR šlamštas“ (vert. Pastaba: sudarantis net 98% žmogaus genomo).
Tačiau pastaraisiais metais Chuong ir kiti atrado, kad kai kuriais atvejais žinduolių ląstelės bendradarbiavo su virusais evoliucijos naudai, taip įtakodami viską – nuo pažinimo iki reprodukcijos ir iki imuninio atsako.
Virusų dėka turime placentą
Dėka vieno reikšmingo tyrimo, kuriuo susidomėjo Chuong, mokslininkai atrado iš endogeninio retroviruso gautą baltymą Syncytin, kuris leido vystytis žmogaus placentos audiniui.
Dar 2016 metais mokslininkai įtarė, kad baltymas, vadinamas Syncytin-1, gali padėti embrionams įsitvirtinti gimdoje. Pirmą kartą šis baltymas išsiskiria ant besivystančio embriono paviršiaus dar prieš implantuojantis į gimdą. Skaityti čia.
Taip pat jau žinoma, kad placentoje esantis baltymas Syncytin-1 trikdo antivirusinius organizmo atsakus ir didina uždegimines reakcijas į influenzos virusą (gripą). Skaityti čia.
Naujos eksperimentinės MRN koronaviruso vakcinos greičiausiai skatins imunines ląsteles atakuoti placentos ląsteles, sukeldamos moterų nevaisingumą, persileidimą ar apsigimimus. Skaityti čia.
Tolesni docento Chuong tyrimai, publikuoti „Nature Genetics“ žurnale, parodė, jog endogeniniai retrovirusai veikia tarsi jungikliai įjungiantys arba išjungiantys genų tinklus, kurie įtakoja placentos vystymąsi.
“Placentos vystymasis leido žinduoliams gimti gyviems – tai buvo svarbus žingsnis mūsų rūšies evoliucijoje ir senovės virusai vaidino pagrindinį vaidmenį”, – sakė jis.
Nuo to laiko Ed Chuong dėmesys nukrypo į imuninę sistemą, ir 2016 m. parodė, kad senovės virusai padėjo formuoti interferono atsaką – korinio pavojaus sistemą, kuri per kelias valandas po infekcijos ląstelėms duoda pavojaus signalą.
“Mes radome senų virusų fragmentus, kurie paprastai neaktyvūs, bet aktyvuojasi infekcijos metu ir įjungia netoliese esančius imuninius genus”, – sakė jis.
Pažymėtina, kad pašalinus šias virusines DNR “fosilijas” ir užkrėtus ląstelę virusu, imuninis atsakas yra nutildomas.
“Mes savo tyrimu vieni pirmųjų pademonstravome, jog formuojantis apsauginiam atsakui, kuris reikalingas kovoje su šiuolaikinias virusais, vyko pasirinktinis ląstelių bendradarbiavimas su senoviniais virusais”, – sakė jis.
Chuong, „BioFrontiers“ Institute dirbantis nuo 2018 m., pandemijos pradžioje dirbo namuose. Tuomet jis pradėjo galvoti daugiau, kodėl skirtingi žmonės į infekcijas, įskaitant SARS-CoV-2, reaguoja skirtingai.
Jis svarstė: ar šių senovinių retrovirusų pažinimas galėtų padėti nuimti paslapties šydą?
Ateityje – vilties spindulys
Šio klausimo pagrindu docentas parašė pasiūlymą Deivid ir Lucile Packard fondui dėl dotacijos. Ir jis buvo įtrauktas į 20 ankstyvosios karjeros mokslininkų grupę iš visos šalies apdovanojimui gauti.
„Pastaruosius metus susiduriant su pražūtingais pasaulinės pandemijos, rasinės neteisybės ir klimato kaitos pokyčiais, šie 20 mokslininkų ir inžinierių mums siūlo vilties spindulį“, – sakė „Packard“ stipendijų patariamosios grupės pirmininkas France Arnold.
Ed Chuong įtaria, kad šiandieną senovės parazitai gali įtakoti žmogaus imunitetą vienu iš dviejų būdų:
- arba skirtingos populiacijos savo evoliucijos istorijoje buvo paveiktos skirtingais virusais, paliekant joms skirtingą ląstelių mechanizmą, kuriuo galėtų kovoti su naujomis grėsmėmis;
- arba jie turi tas pačias senovines DNR dalis, tačiau daug naujesnį poveikiai gimdoje ar aplinkoje nutildė arba pažadino imuninę mašiną būdais, kurie vienus padaro atsparius, o kitus pažeidžiamus.
Norėdami sužinoti daugiau, jis ir jo komanda žada sukaupti visos žmonių populiacijos ir kitų žinduolių imuninių ląstelių duomenų rinkinius ir pritaikant didelių galių skaičiavimo metodus atsekti jų genomą, atkreipiant dėmesį ne tik į esamus genus, bet ir į transpozonus.
Senovinius virusus tirianti komanda, Boulder
“Jis yra naujo mąstymo apie genomikos veikimą pradininkas”, – sakė Molekulinės, Ląstelinės ir Vystymosi Biologijos Katedros pirmininkas Lee Niswanderi. „Labai įdomu stebėti, kur jį nuves jo paties smalsumas mokslo atžvilgiu”
Nors ši mokslo šaka yra jauna, Chuong tikisi, kad galiausiai visa tai suteiks galimybių naujiems diagnostiniams tyrimams ar net naujiems gydymo būdams vystyti.
“Žinojimas kaip ir kodėl skiriasi imuninis atsakas populiacijoje, gali mums padėti numatyti individualius atsakus į infekcijas ir autoimunines ligas”, – sakė Chuong. “Neįtikėtina, jog gavau tokio pobūdžio pripažinimą todėl, kad mano idėjos vertos gvildenti toliau”
Versta ir parengta pagal:
