Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Геном человека кодирует примерно 40 000 эндогенных ретровирусов человека (HERV), интегрированных в качестве провирусной ДНК. Некоторые из них достаточно интактны и могут быть искусственно активированы в культуре клеток под влиянием соответствующих параметров среды, например УФ-излучения, «голода» и клеточного стресса, или при помощи сигнальных молекул, в частности интерферона. Одна группа таких эндогенных ретровирусов человека, HERV-K, до сих пор активна и может вырабатывать белки, а в редких случаях – даже интактные вирусные частицы, которые можно разглядеть в электронный микроскоп. Однако обычно они не могут переходить в другие клетки. Некоторые из этих вирусов были обнаружены в плаценте человека, в мозге мышиных эмбрионов, и возможно, что некоторые из них играют роль в развитии рака, например злокачественной меланомы, или при таких заболеваниях, как артрит. Пока еще рано говорить, важны ли эти наблюдения.

Часто HERV не полностью интактны и не могут реплицироваться. Как узнать, что эти эндогенные вирусы произошли от настоящих вирусов и что наш геном действительно представляет собой кладбище ископаемых вирусов? Это было настолько важно, что две группы исследователей пытались это доказать и нашли подтверждение. Тьерри Хайдман, работающий в Париже, проанализировал вирусные последовательности генома человека и сравнил их с девятью последовательностями ископаемых эндогенных ретровирусов. Все они были заполнены стоп-кодонами, и ни одна из них не могла экспрессировать белки, полные вирусные частицы или реплицироваться. Но стоп-кодоны распределялись неравномерно, поэтому Хайдман смог найти области c «открытыми рамками считывания» и соединил их. Он реконструировал полную длину ретровирусного генома, синтезировал последовательность как ДНК и перенес ее в клетки. Получился способный к репликации ретровирус, который при помощи электронной микроскопии можно идентифицировать как типичный ретровирус и который вновь обрел способность инфицировать другие клетки, включая клетки человека. Это неопровержимое свидетельство того, что «мертвые» эндогенные ретровирусы, населяющие наш геном в большом количестве, действительно произошли от реальных интактных вирусов, большинство из которых уже не существуют. Неожиданное воскрешение древнего вируса пугало. В данном случае критические замечания и даже массовые выступления протеста были бы вполне уместны, так как вирус, существовавший 35 млн лет назад и бывший активным еще 1 млн лет назад, может в настоящее время быть опасным и, возможно, даже провоцировать неизвестные заболевания. К моему удивлению, ни со стороны прессы, ни со стороны общественности никаких протестов не последовало. Или они недооценили потенциальный риск, или никто не понял суть эксперимента? Безусловно, авторы статьи предприняли все меры предосторожности. Вирус назвали Phoenix(«Феникс»), так как, чтобы снова стать реальным вирусом, он возродился, хоть и не из пепла, как птица феникс из греческой мифологии, а из нашего генома.

Независимо от этого Арис Катзуракис из Англии сравнил последовательности различных эндогенных ретровирусов млекопитающих и собрал из них согласованную последовательность, позволившую ему получить репликационно-компетентный инфекционный вирус, который он назвал HERVcon ( con означает «консенсус»). Арису Катзуракису удалось инфицировать этим вирусом клетки и животных. Катзуракис также интересовался реконструкцией других древних вирусов из существующих геномов. Одним из них был кроличий ретровирус из эндогенного кроличьего вируса. Он дал этому вирусу достаточно образное название RELIK [16] Rabbit Endogenous Lentivirus K (англ.). – Прим. ред. , что означает «кроличий эндогенный ретровирус типа K». Вирус RELIK эндогенизировался около 12 млн лет назад в геноме кроликов и представляет собой сложный лентивирус по типу, аналогичному ВИЧ. Это более сложные вирусы, и у них больше дополнительных генов, чем у часто выявляемых ретровирусов. До открытия RELIK существовало общепринятое мнение, что столь сложные лентивирусы не могут стать эндогенными. Вообще-то могут. Это свидетельствует о том, что некий ВИЧ-подобный вирус существовал очень давно. Он может быть еще древнее, чем определено в результате эксперимента. Непонятно, почему он выбрал для анализа именно геном кролика. Неужели спонсорами этого эксперимента стали люди, занимающиеся разведением кроликов?

Можно ли искать другие вирусы в геноме? Есть ли шанс найти неизвестные вирусы? Для того чтобы найти новые вирусы, необходимо иметь алгоритм их поиска. Это непростая задача. Как определить возраст древних вирусов и какой временной отсчет использовать? Для определения возраста вирусов можно сравнивать «концы» вирусов, вирусные промоторы, вышеупомянутые длинные концевые повторы (ДКП), которые «фланкируют» ДНК HERV провирусов. В результате синтеза провирусной ДНК они получаются идентичными. Со временем они могут аккумулировать мутации, равно как и любые другие гены. Зная скорость мутаций, можно создать разные модели мутаций, на основании которых сделать заключение, как давно разошлись пути развития двух ДКП. Некоторым вирусам HERV 100 млн лет. Мы проанализировали один из таких вирусов – HERV-K, и установили, что его возраст 35 млн лет.

Коалы – одно из самых любимых животных в Австралии. Много коал гибнет под колесами автомобилей, поэтому для них созданы специальные лечебницы. Поскольку на коал охотятся, повышается риск их вымирания. Для того чтобы спасти этих животных, многих из них перевезли на соседние с Австралией острова, где они находятся под защитой. Но на этих островах коалы заразились вирусом лейкоза гиббонов, обезьяньим ретровирусом, в результате чего многие особи погибли, но некоторые выжили. Более детальные исследования показали, что неожиданная устойчивость к вирусу у выживших коал объяснялась тем, что последовательности вируса обезьян были интегрированы в геном коал. Вирусные последовательности присутствовали во всех клетках коал на одних и тех же сайтах интеграции, свидетельствуя, что они эндогенизировались в этой локализации и стабильно передавались по наследству. В отличие от этого новые инфицирующие вирусы в геномах не имеют одного предпочтительного сайта интеграции и интегрируются в случайном порядке на большом количестве сайтов. Это простой, но очень информативный тест.

Процесс эндогенизации должен был бы занять несколько сот лет с момента переселения коал на острова с материка, где у них такие последовательности не выявлялись. Очевидно, вирусу удалось не только реплицироваться в соматических клетках коал, но и проникнуть в их зародышевые клетки, что привело к интеграции вируса на фиксированных сайтах их потомков. Таким образом, последовательности ретровирусов были переданы по наследству как эндогенные вирусы за невероятно короткое время, всего за 100 лет. Это была эндогенизация в реальном времени, от экзогенного вируса к эндогенному, и произошла она на удивление быстро. Исследователи изучали этот процесс как «реалити-шоу» эндогенизации. Эндогенные вирусы стали для организма «собственными» генами и утратили болезнетворность. Важный результат заключается в том, что эндогенные вирусы защищают коал от экзогенных. Это явление наблюдается и в ряде других случаев: вирус обезьян SIV (который привел к развитию ВИЧ у человека) не является смертельным для обезьян и даже не вызывает у них заболевание. Кроме того, вирус Эбола, став эндогенным, более не является смертельным для летучих мышей. Используется точка «больше не является», поскольку сначала вирус, видимо, уничтожал своего хозяина, но по прошествии довольно продолжительного времени они научились сосуществовать, в силу чего у выживших коал выработалась резистентность к этим вирусам. Как вирусы попадают в зародышевые клетки? Что представляют собой рецепторы? Сколько времени требуется для эндогенизации? Возникает несколько важных вопросов.