Давно не секрет, что многие последовательности в человеческом геноме в прошлом были вирусами, которые когда-то пришли «в гости» к нашим далёким предкам, да так «в гостях» и остались.
Вирусы эти относятся к группе ретровирусов, к которым принадлежит, например, современный вирус СПИДа, и в ДНК они проникали, вероятно, с помощью того же механизма, что и их нынешние родственники.
Гены ретровирусов записаны в молекулу РНК, именно она находится в белковой оболочке вирусной частицы, и, когда РНК попадает в клетку, то специальные вирусные белки снимают с неё ДНК-копию. Затем ДНК-копия встраивается в клеточную хромосому, и теперь всё, что клетка делает со своими генами, она будет проделывать и с вирусными. На вирусном участке ДНК клеточные белки синтезируют много РНК, которые, в свою очередь, служат шаблонами для производства вирусных белков. Всё заканчивается тем, что РНК упаковывается в вирусные частицы, которые выходят наружу.
Но бывает так, что клетка подавляет синтез вирусных РНК, так что вирус, встроившись в ДНК хозяина, теряет способность размножаться. (Да и сам встроенный в клеточную ДНК вирус может на время «уснуть», не вредя хозяину.) Так или иначе, вирусный геном становится пассивным грузом, переходящим от родительской клетки к дочерней. И если проанализировать, например, геном млекопитающих, то можно обнаружить множество ретровирусных последовательностей, которые в большинстве своём неактивны – после того, как клетки запрещают синтезировать на них РНК, они ещё и многократно мутируют, так что, в конце концов, становятся совершенно безопасным и неактивным генетическим мусором.
Вирусные последовательности, которые осели в человеческой ДНК, называют HERV – human endogenous retroviruses, или эндогенные ретровирусы человека. Считается, что на их долю приходится 8% генома, однако далеко не все из них описаны – тут нужно учитывать, что один и тот же вирус мог попасть в несколько мест в ДНК, кроме того, из-за мутаций и генетических перестроек вирусные гены могли измениться довольно сильно.
До сих пор было достоверно известно о семнадцати вирусных фрагментах (здесь стоит говорить именно о фрагментах, а не о генах, так как фрагмент может объединять несколько генов, к тому же необязательно хорошо сохранившихся). В статье в PNAS, которую опубликовали исследователи из Мичиганского университета и Университета Тафтса, к этим семнадцати добавляется ещё девятнадцать. Джон Коффин (John Coffin) и его коллеги проанализировали 2.500 геномов со всего света, причем особое внимание уделялось африканским ДНК – поскольку люди когда-то начали расселяться по миру именно из Африки, то и вероятность того, что здесь, в местных популяциях следы вирусных гостей будут встречаться чаще.
Действительно, с помощью сложнейших математических и статистических методов удалось обнаружить, что в африканских геномах следов HERV заметно больше, чем в азиатских, американских или европейских. Как и ожидалось, большая часть вирусов была изрядно побита жизнью и эволюцией – изменения, которые произошли с их последовательностями, сделали невозможной запуск вирусной программы. За одним исключением: у 50 людей в Х-хромосомах нашли последовательность, названную Xq21, и это был полный вирусный геном, в котором сохранились все гены, необходимые для собственного размножения. Однако может ли Xq21 и впрямь проявлять какую-то активность, пока непонятно. Стоит добавить, что Xq21 – всего лишь второй полноценный спящий вирус, обнаруженный в человеческой ДНК.
Возможно, эти семнадцать плюс девятнадцать – не все вирусные последовательности, которые задержались в человеческом геноме; просто искать их, как мы сказали, довольно сложно, в частности ещё и потому, что не все вирусы есть у всех людей, тот же Xq21 нашли только у 50 из 2 500. Считается, что такие вирусные фрагменты, оказавшись рядом с некоторыми генами, могут менять их активность и тем самым провоцировать разные болезни, вплоть до рака.
Однако от «домашних вирусов» есть и польза. Так, два года назад мы рассказывали о том, как они защищают человеческий эмбрион от инфекции. А немногим ранее мы говорили о работе исследователей из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса, которые обнаружили, как эндоретровирусы помогают иммунитету: оказалось, что они стимулируют в ДНК иммунных клеток стимулируют синтез антител в ответ на появления в организме чужеродных молекул.
Автор: Кирилл Стасевич