Геном человека на 8% состоит из вирусов — и вот почему это важно

Примерно 8% нашего генома – это остатки древних вирусов, которые когда-то попали в организм наших предков.

Эйдан Берн (Aidan Burn)

Остатки древних вирусных эпидемий в форме последовательностей ДНК вирусов, вмонтированные в наши геномы, все еще активны у здоровых людей, о чем свидетельствуют результаты нового исследования, которые мы с коллегами недавно опубликовали.

Остатки эндогенных ретровирусов человека (HERV) составляют примерно 8% генома человека. Они представляют собой результат болезней, от которых страдали древние предки человека миллионы лет назад. И эти вирусы стали частью человеческого генома благодаря тому, каким образом протекает процесс их репликации.

Как и современный ВИЧ, эти древние ретровирусы должны были внедрять свой генетический материал в геном хозяина для того, чтобы происходил процесс репликации. Обычно такой генетический материал вируса не передается из поколения в поколение. Но некоторые древние ретровирусы приобрели способность проникать в первичные половые клетки, такие как яйцеклетки или сперматозоиды, которые действительно передают свою ДНК будущим поколениям. Внедрившись в первичные половые клетки, эти ретровирусы сумели за несколько миллионов лет укорениться в геномах человеческих предков, и теперь они даже могут повлиять на то, как исследователи проводят тестирование на наличие некоторых заболеваний.

Активные гены вирусов в человеческом геноме

Вирусы внедряют свой геном в клетки хозяина в форме провируса. В настоящее время у людей насчитывается около 30 различных видов эндогенных ретровирусов человека, то есть в человеческом геноме содержится более 60 тысяч провирусов. Эти провирусы могут рассказать долгую историю множества пандемий, через которые человечеству пришлось пройти в ходе эволюции. Ученые считают, что когда-то этими вирусами заражались многочисленные популяции, поскольку последовательности их ДНК закрепились не только в геноме человека, но и в геномах шимпанзе, гориллы и других приматов.

Исследования, которые проводились в нашей и в других лабораториях, показали, что гены HERV демонстрируют активность в пораженных тканях, таких как ткани опухоли, а также в период эмбрионального развития человека. Но насколько гены HERV активны в здоровых тканях, до сих пор по большей части неизвестно.

Чтобы ответить на этот вопрос, наша лаборатория решила сконцентрировать внимание на одной группе HERV, которые называются HML-2. Она является самой последней активной группой из всех HERV – эти вирусы исчезли мене 5 миллионов лет назад. Но даже сейчас некоторые из ее провирусов, сохраняющиеся в человеческом геноме, демонстрируют способность вырабатывать вирусные белки.

Мы проанализировали генетический материал в базе данных, содержащей более 14 тысяч образцов тканей, взятых из самых разных органов и частей тела. Мы искали последовательности, соответствующие каждому провирусу HML-2 в человеческом геноме, и обнаружили 37 различных провирусов HML-2, которые все еще были активны. 54 образца тканей, которые мы проанализировали, имели некие признаки активности одного или нескольких из этих провирусов. Более того, все образцы тканей также содержали генетический материал по крайней мере одного провируса, который все еще обладал способностью продуцировать вирусные белки.

Роль вирусов HERV в сохранении здоровья и развитии болезней

Тот факт, что тысячи кусочков древних вирусов до сих пор присутствуют в человеческом геноме и могут даже вырабатывать белки, вызывает массу интереса со стороны ученых, особенно с учетом того, что сходные с ними вирусы, сохраняющие активность по сей день, могут вызывать такие заболевания, как рак молочной железы и похожую на СПИД болезнь у животных.

Способны ли генетические останки эндогенных ретровирусов человека и сегодня вызывать у людей болезни, пока неясно. Ученые нашли частицы, похожие на вирусы HML-2, в раковых клетках, а присутствие генетического материала HERV в пораженных тканях связывают с развитием таких заболеваний, как боковой амиотрофический склероз, рассеянный склероз и даже шизофрения.

Наше исследование позволяет взглянуть на эти данные под новым углом, показывая, что гены HERV присутствуют даже в здоровых тканях. Это означает, что присутствия РНК вирусов HERV может быть недостаточно, чтобы связывать вирус с развитием того или иного заболевания.

Что еще важнее, это также означает, что гены или белки HERV, возможно, больше не могут служить подходящими мишенями для лекарств. В отношении HERV ученые испытывали действие целого ряда препаратов, включая антиретровирусные препараты, антитела для лечения рака груди и Т-клеточную терапию для лечения меланомы. В применении методов лечения с использованием генов HERV в качестве биомаркера рака тоже необходимо учитывать их активность в здоровых тканях.

С другой стороны, наше исследование показывает, что HERV могут быть даже полезны для людей. Самый известный HERV, внедрившийся в геномы человека и животных, – это синцитин, и он представляет собой ген, полученный из древнего ретровируса, который играет важную роль в формировании плаценты. Беременность у всех млекопитающих зависит от белка, который этот ген кодирует.

Между тем мыши, кошки и овцы тоже нашли способ использовать эндогенные ретровирусы, чтобы защититься от первоначального древнего вируса, который их породил. Хотя эти внедрившиеся последовательности вирусной ДНК не могут заставить организм хозяина воссоздать полноценный вирус, в теле хозяина циркулирует достаточное количество этих кусочков, чтобы они могли воспрепятствовать репликационному циклу своего предка-вируса, если хозяин вдруг с ним столкнется. Ученые предполагают, что один HERV, возможно, сыграл защитную роль среди людей миллионы лет назад. Наше исследование показывает, что некоторые другие HERV могли внедриться в человеческий геном и в дальнейшем использоваться человеческим организмом в этой же целью.

Еще много неизвестных

Наше исследование продемонстрировало уровень активности HERV в организме человека, о чем ранее было неизвестно, и в результате оно поставило перед нами столько же вопросов, сколько оно дало ответов.

Нам еще многое предстоит выяснить касательно древних вирусов, которые сохраняются в человеческом геноме, включая то, приносит ли их присутствие пользу людям и какие механизмы отвечают за их активность. Кроме того, необходимо будет изучить, могут ли эти гены запускать выработку вирусных белков.

Когда мы ответим на эти вопросы, мы сможем понять прежде неизвестные функции генов этих древних вирусов и помочь ученым выяснить, как человеческий организм реагирует на эволюцию, сохраняя внутри себя отголоски древних пандемий.