ประวัติพอดคาสต์

พบ retrovirus โบราณใน DNA ของมนุษย์ – และมันอาจยังคงทำงานอยู่

พบ retrovirus โบราณใน DNA ของมนุษย์ – และมันอาจยังคงทำงานอยู่


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

หลักฐานที่โดดเด่นปรากฏว่าไวรัสในสมัยโบราณซึ่งก่อนหน้านี้รู้จักเฉพาะจากหลักฐานฟอสซิลเท่านั้นที่ทำให้มนุษย์บางคนติดเชื้ออย่างต่อเนื่องในระดับที่ต่ำมากเป็นเวลาหลายแสนหรือหลายล้านปี ไวรัสย้อนยุคโบราณนี้เป็นฟอสซิลที่มีชีวิตชนิดหนึ่ง และการค้นพบสำเนาที่สมบูรณ์ของมันภายในจีโนมมนุษย์ทำให้เกิดคำถามว่าไวรัสรอดชีวิตมาได้อย่างไร และแนะนำว่าคนอื่นๆ จากอดีตวิวัฒนาการอันไกลโพ้นอาจซ่อนตัวอยู่ในดีเอ็นเอของสัตว์หลายชนิด

รีโทรไวรัสทำซ้ำโดยการใส่จีโนมของมันเข้าไปในเซลล์ที่ติดเชื้อ ในบางครั้ง เรโทรไวรัสจะติดเชื้อในเซลล์ของสายสืบพันธ์ – ที่พบในไข่และสเปิร์ม – และหากเซลล์เหล่านี้อยู่รอดและสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่ต่อไป สิ่งมีชีวิตใหม่นั้นจะมีไวรัสย้อนยุคเป็นส่วนประกอบโดยธรรมชาติของจีโนมของมัน ด้วยวิธีนี้ จีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นก และสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นๆ ได้สะสมลำดับ DNA จำนวนมากที่ได้มาจากไวรัสรีโทรไวรัส หรือที่เรียกว่า endogenous retroviruses (ERVs) ประมาณ 8% ของจีโนมมนุษย์ประกอบด้วย ERV เป็นต้น

ลำดับเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นฟอสซิลของจีโนมในสภาวะที่เสื่อมโทรมขั้นสูง และไม่สามารถผลิตอนุภาคติดเชื้อใดๆ ได้ อย่างไรก็ตาม น่าแปลกที่ ERV บางตัวได้รับการคัดเลือกให้ทำหน้าที่ทางสรีรวิทยาภายในสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ภูมิคุ้มกัน ลำดับไวรัสในบ้านเหล่านี้แม้ว่าจะใช้งานได้ แต่ก็กลายเป็นส่วนหนึ่งของจีโนมของโฮสต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พวกมันไม่สามารถผลิตอนุภาคไวรัสที่ติดเชื้อได้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะสูญเสียอุปกรณ์ทางพันธุกรรมที่จำเป็นในการทำเช่นนั้น

อย่างไรก็ตาม มีสัดส่วนเล็กน้อยของลำดับ ERV ที่สามารถสร้างอนุภาคที่ติดเชื้อได้ และสิ่งเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าจีโนมของสปีชีส์ของโฮสต์สามารถตั้งอาณานิคมได้ด้วยไวรัส retroviruses ที่ติดเชื้อ กระบวนการนี้เป็นที่เข้าใจได้ไม่ดีนัก แต่การวิจัยเมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นการลักลอบที่แทบจะไม่น่าเชื่อซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ ดังนั้นต้องใช้เทคนิคที่ทันสมัยและทรงพลังที่สุดในการตรวจจับ

retrovirus ภายนอก (FreeDigitalPhotos.net โดยผู้ใช้ 'jscreationzs')

'สัตว์ประหลาดล็อคเนส' ของจีโนมมนุษย์

ความก้าวหน้าในการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดได้เปิดเผย ERVs ที่หลากหลายในจีโนมของสัตว์มีกระดูกสันหลังโดยมีความแตกต่างอย่างมากระหว่างสปีชีส์ หลายชนิดมีความเก่าแก่มาก ในขณะที่ ERV ล่าสุดนั้นไม่บุบสลายและเสื่อมโทรมลงจากการกลายพันธุ์น้อยลง ในบางสปีชีส์ เช่น หนู จีโนมประกอบด้วย ERV จำนวนมากที่สามารถผลิตไวรัสที่ติดเชื้อได้ แต่ ERV เกือบทั้งหมดในมนุษย์ (เรียกว่า HERV) ดูเหมือนจะเป็นเศษซากที่ไม่สามารถทำงานได้ของไวรัส retroviruses ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือกลุ่มเดียวที่เรียกว่า HERV-K ซึ่งสามารถจำลองแบบได้แม้จะมีอายุหลายล้านปีก็ตาม

การศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับลำดับ HERV-K ในจีโนมมนุษย์ได้บ่งชี้ว่าเพิ่งมีการใช้งานในมนุษย์ และยังสามารถหมุนเวียนผ่านการติดเชื้อได้ Julia Wildschutte และ Zach Williams ผู้เขียนร่วมของการศึกษาล่าสุดซึ่งทำงานในห้องปฏิบัติการของ John Coffin ที่ Tufts University ได้ค้นหาหลักฐานของ HERV-K โดยใช้ข้อมูลจากโครงการ 1,000 Genomes และโครงการ Human Genome Diversity ทีมงานได้พัฒนาแนวทางที่ช่วยให้พวกเขาสามารถเจาะลึกลงไปในแคตตาล็อกเหล่านี้ได้อย่างลึกซึ้ง และพิสูจน์ว่าจีโนมมนุษย์ประกอบด้วยสำเนา HERV-K ที่ไม่ซ้ำกันทั้งหมด 36 ชุด ซึ่งไม่มีอยู่ในลำดับจีโนมมนุษย์อ้างอิงตามมาตรฐาน รวมถึงการค้นพบใหม่ 19 รายการ

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือหนึ่งในการค้นพบใหม่เหล่านี้คือไวรัสที่ไม่บุบสลายโดยไม่มีการกลายพันธุ์ที่คาดว่าจะลดการทำงานของมัน การค้นพบไวรัสที่ไม่บุบสลายที่ซุ่มซ่อนอยู่ในประชากรมนุษย์ช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ที่ไวรัส HERV-K retrovirus นี้จะยังคง "มีชีวิตอยู่" ภายในมนุษย์จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ และยังสามารถแพร่กระจายไปยังที่ใดที่หนึ่งได้แม้กระทั่งในปัจจุบัน

ทิศทางในอนาคต

ยังคงมีคำถามมากมาย: HERV-K ยังคงทำงานอยู่ในมนุษย์จริงหรือ? มันนอนอยู่เฉยๆ พร้อมที่จะโผล่มาอีกในฐานะตัวแทนของโรคระบาดที่ติดเชื้อหรือไม่? หรือสัญญาณของกิจกรรม HERV-K เมื่อเร็ว ๆ นี้เป็นเพียงความตายของไวรัส retrovirus โบราณในขณะที่มันลอยช้าๆ แต่ไปสู่การสูญพันธุ์อย่างแน่นอน?

retrovirus โบราณอาจส่งผลให้เกิดการระบาดของโรคติดเชื้ออีกครั้ง ( Jason Scragz / Flickr )

อาจเป็นไปได้ว่าเมื่ออยู่ในสถานะใกล้อยู่เฉยๆ โดยมีระดับกิจกรรมที่ต่ำมาก HERV-K สามารถหลบเลี่ยงผลกระทบของการกลายพันธุ์ที่จะปิดการใช้งานได้ อีกทางหนึ่ง อาจมีสถานการณ์ที่มนุษย์ได้รับความได้เปรียบในการเอาชีวิตรอดซึ่งนำไปสู่การมี HERV-K ใน DNA ของมนุษย์ที่ถูกเลือกผ่านกระบวนการวิวัฒนาการ

สมมติฐานเหล่านี้สามารถตรวจสอบได้ในระดับหนึ่ง เนื่องจากไวรัส retrovirus ที่สูญพันธุ์ไปแล้วสามารถฟื้นคืนชีพจากเศษ DNA และวิเคราะห์คุณสมบัติทางชีวภาพของพวกมัน การศึกษาว่าไวรัสในสมัยโบราณถูกกำจัดโดยสายพันธุ์โฮสต์ของพวกมันได้อย่างไร สามารถให้เบาะแสเกี่ยวกับกลยุทธ์ที่เราอาจใช้เพื่อช่วยต่อสู้กับไวรัสที่คุกคามเราในทุกวันนี้

ภาพเด่น: DNA ของมนุษย์

บทความ ' พบ retrovirus โบราณใน DNA ของมนุษย์ – และมันอาจยังคงทำงานอยู่ ' โดย โรเบิร์ต กิฟฟอร์ด ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกเมื่อ บทสนทนา และได้รับการตีพิมพ์ซ้ำภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์


รีโทรไวรัสภายในร่างกาย

ไวรัส retroviruses ภายนอก (ERVs) เป็นองค์ประกอบของไวรัสภายในจีโนมที่คล้ายคลึงกันอย่างใกล้ชิดและสามารถได้มาจากไวรัสย้อนยุค มีมากในจีโนมของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่มีขากรรไกร และประกอบด้วยจีโนมมนุษย์มากถึง 5-8% (ประมาณการต่ำกว่า

1%) [1] [2] ERVs เป็นลำดับ proviral ที่สืบทอดในแนวตั้งและเป็นคลาสย่อยของยีนชนิดหนึ่งที่เรียกว่า transposon ซึ่งปกติแล้วสามารถบรรจุและเคลื่อนย้ายภายในจีโนมเพื่อทำหน้าที่สำคัญในการแสดงออกของยีนและในการควบคุม [3] [4] อย่างไรก็ตาม ERVs ขาดฟังก์ชัน transposon ส่วนใหญ่ โดยทั่วไปจะไม่ติดเชื้อและมักเป็นเศษของจีโนมที่มีข้อบกพร่องของวงจรการจำลองแบบ retroviral [5] [6] พวกเขามีความโดดเด่นในฐานะองค์ประกอบ retrovirus ของ germline เนื่องจากการรวมและการถอดความย้อนกลับเข้าไปในจีโนมนิวเคลียร์ของเซลล์เจ้าบ้าน นักวิจัยได้แนะนำว่าไวรัส retroviruses วิวัฒนาการมาจากชนิดของ transposon ที่เรียกว่า retrotransposon ซึ่งเป็นองค์ประกอบ Class I [7] ยีนเหล่านี้สามารถกลายพันธุ์และแทนที่จะย้ายไปยังตำแหน่งอื่นในจีโนมพวกเขาสามารถกลายเป็นจากภายนอกหรือทำให้เกิดโรคได้ ซึ่งหมายความว่าไม่ใช่ ERV ทั้งหมดที่อาจเกิดจากการแทรกซึมโดย retrovirus แต่บางตัวอาจเป็นแหล่งที่มาของข้อมูลทางพันธุกรรมใน retroviruses ที่มีลักษณะคล้ายกัน [8] เมื่อการรวมตัวของ DNA ไวรัสเกิดขึ้นในสายพันธุกรรม มันสามารถก่อให้เกิด ERV ซึ่งภายหลังสามารถแก้ไขได้ในแหล่งรวมยีนของประชากรโฮสต์ [1] [9]


ที่นี่เราสำรวจการค้นพบที่น่าทึ่งของ Endogenous Retroviruses (ERVs) ใน DNA ของเราเอง Endogenous Retrovirus เป็นกลุ่มพันธุกรรมที่หลงเหลืออยู่ของการติดเชื้อไวรัสที่สืบทอดมาจากบรรพบุรุษ ปรากฎว่า Retroviruses ภายนอกของเราจำนวนมากถูกใช้ร่วมกันโดยชิมแปนซี เนื่องจากเรามีบรรพบุรุษร่วมกันกับพวกเขา

สำรวจเพิ่มเติม

เอกสารทางวิทยาศาสตร์ที่แสดงในแอนิเมชั่นตามหัวข้อ:

การวิจัยไวรัส Retrovirus ภายนอกของรก

การฟื้นตัวของ Retrovirus ภายนอกที่สูญพันธุ์ไปแล้วใน DNA ของมนุษย์

ลิงชิมแปนซีและการเปรียบเทียบ DNA ของมนุษย์

การศึกษาความเป็นไปได้ที่ Endogenous Retrovirus จะแทรกตัวเองในตำแหน่งเดียวกันของโฮสต์ที่แตกต่างกัน

Human Endogenous Retrovirus – W: ตำแหน่งที่แน่นอนในมนุษย์และลิงอื่นๆ

หมายเหตุเกี่ยวกับคณิตศาสตร์ที่ใช้ในแอนิเมชั่นนี้:

การถอดเสียง

คุณคงเคยได้ยินมาว่าลิงใหญ่อย่างชิมแปนซีเป็นญาติสนิทที่สุดของมนุษย์ ก่อนที่จะมีการค้นพบวิวัฒนาการ นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษากายวิภาคเปรียบเทียบได้จัดกลุ่มมนุษย์ไว้ในตระกูลวานรควบคู่ไปกับชิมแปนซี

อย่างไรก็ตาม ในช่วงก่อนวิวัฒนาการนั้น คำว่า “ครอบครัว” มักถูกใช้ในเชิงเปรียบเทียบ นักวิทยาศาสตร์หลายคนมองว่า “ชนิดพันธุ์ตายตัว” แม้ว่ามนุษย์และลิงชิมแปนซีจะมีความคล้ายคลึงกันแต่แตกต่างกันตั้งแต่เช้าตรู่ สิ่งนี้เปลี่ยนแปลงไปเมื่อสิ้นสุดปี ค.ศ. 1800 นอกจากการค้นพบกระบวนการวิวัฒนาการแล้ว การศึกษาฟอสซิลยังทำให้นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่ามนุษย์และชิมแปนซีมีบรรพบุรุษร่วมกัน พวกเราคือครอบครัวจริงๆ! ปัจจุบัน มีการค้นพบซากดึกดำบรรพ์หลายร้อยชนิด ซึ่งทำให้เส้นแบ่งระหว่างมนุษย์กับชิมแปนซีไม่ชัดเจน

ที่กล่าวว่าบางคนรู้สึกว่าการศึกษาฟอสซิลเป็นเรื่องส่วนตัวเกินไป มีหลักฐานอิสระที่เราสามารถใช้เพื่อตรวจสอบซ้ำสิ่งที่เราคิดว่าเรารู้จากการศึกษาฟอสซิลหรือไม่?

ดร.ฟรานซิส คอลลินส์ ผู้กำกับโครงการจีโนมมนุษย์ ชี้อย่างถูกต้องว่าการศึกษาดีเอ็นเอทำให้เรามีวิธีการทดสอบแนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่เป็นอิสระและวัดปริมาณได้โดยสิ้นเชิง แทนที่จะใช้คำพูดของเขาในเรื่องนี้ เราจะตรวจสอบหลักฐานด้วยตัวเราเอง

เป็นที่ทราบกันดีว่า DNA สามารถเปิดเผยความสัมพันธ์ในครอบครัวได้ดี ในศาลยุติธรรม DNA เป็นมาตรฐานทองคำในการพิจารณาว่าใครเป็นพ่อ ปัจจุบันมีการใช้หลักฐานดีเอ็นเอในการศึกษาลำดับวงศ์ตระกูลเพื่อหาความสัมพันธ์ที่ห่างไกลมากขึ้น มีหลายวิธีอิสระที่หลักฐานดีเอ็นเอสามารถนำมาใช้เพื่อเปิดเผยความสัมพันธ์ในครอบครัว แม้กระทั่งระหว่างสายพันธุ์! เราจะขยายความในหลักฐานเพียงบรรทัดเดียว: DNA Retrovirus ภายนอกที่แบ่งปันกันข้ามสายพันธุ์ ในกรณีนี้ระหว่างมนุษย์กับชิมแปนซี เพื่อให้เข้าใจว่าทำไม Retrovirus DNA ถึงเป็นเรื่องใหญ่ ก่อนอื่นเรามาดูว่า Retroviruses คืออะไร

รีโทรไวรัสเป็นไวรัสชนิดพิเศษที่แพร่พันธุ์โดยการใส่ยีนเข้าไปในเซลล์ DNA โดยตรง ยีนของไวรัสกลายเป็นส่วนที่ถาวรและไร้รอยต่อของจีโนมของเซลล์เจ้าบ้าน จากนั้นเซลล์จะปฏิบัติต่อ DNA ของไวรัสราวกับว่ามันเป็นของตัวเอง มันอ่านยีนของไวรัส ใช้พวกมันเพื่อสร้างไวรัสตัวใหม่ และเมื่อเซลล์คัดลอก DNA ของตัวเองก่อนที่จะแพร่พันธุ์ มันจะคัดลอก DNA ของไวรัสและส่งต่อไปเช่นกัน

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม retroviruses สมัยใหม่มักจะติดเชื้อในเซลล์เม็ดเลือดขาว อย่างไรก็ตาม หากไวรัส retrovirus เกิดขึ้นกับเซลล์อสุจิหรือเซลล์ไข่ และหากเซลล์อสุจิหรือเซลล์ไข่นั้นมีส่วนร่วมในการปฏิสนธิ เด็กที่เกิดจะมีสำเนาของ DNA ของไวรัสในเซลล์เดียวของเธอ! เธอจะส่งต่อให้ลูกๆ ของเธอด้วยถ้าเธอมีลูก

ตอนนี้ คุณอาจคิดว่านี่เป็นการประกันโทษประหารชีวิตสำหรับเด็ก แต่บางครั้งระบบภูมิคุ้มกันก็สามารถจัดการกับปัญหาได้ ข้อผิดพลาดในการคัดลอกตามปกติใน DNA ของไวรัสบางครั้งจะปิดไวรัสลง

ในกรณีเหล่านี้ การแทรกไวรัส retrovirus ถือได้ว่าเป็นการกลายพันธุ์ขนาดยักษ์เพียงครั้งเดียวสำหรับโฮสต์ เช่นเดียวกับกรณีของการกลายพันธุ์ทั้งหมด การแทรก retrovirus อาจส่งผลเสียต่อบุคคลที่มีอยู่ มันอาจจะจบลงด้วยความเป็นกลาง หรือด้วยโชคเล็กน้อย มันอาจจะจบลงด้วยผลประโยชน์ ยีนไวรัสยังทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรมพิเศษที่วิวัฒนาการจะสามารถ "เล่น" ได้เมื่อเวลาผ่านไป การกลายพันธุ์ในอนาคตสามารถทำให้ยีนไวรัสทำงานใหม่ได้ ซึ่งบางส่วนอาจมีประโยชน์ ผลการศึกษาล่าสุดพบว่า อย่างน้อยหนึ่งครั้ง ดูเหมือนว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในสมัยโบราณติดเชื้อไวรัสซึ่งลงเอยด้วยความช่วยเหลือในระหว่างการสืบพันธุ์ ลูกหลานของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจำนวนมาก รวมทั้งมนุษย์ ในที่สุดก็ต้องพึ่งพาไวรัสอย่างเต็มที่ เราไม่สามารถทำซ้ำได้อีกต่อไปหากไม่มีมัน เราเป็นส่วนหนึ่งของไวรัส!

เมื่อ retrovirus กลายเป็นส่วนถาวรของ DNA ของสปีชีส์ นักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า retrovirus ภายนอก “จากภายนอก” เพราะมันอยู่ในตัวเราตั้งแต่แรกเกิด ปรากฎว่าจีโนมมนุษย์ประกอบด้วยกลุ่มไวรัส retrovirus ที่อยู่ภายในหลายพันส่วน – ที่ยืดยาวของ DNA โดยมีลำดับที่ตรงกับ retroviruses โชคดีสำหรับเราที่ยังไม่มีใครสามารถสร้างไวรัสย้อนหลังได้อย่างสมบูรณ์ พวกมันกลายพันธุ์มากเกินไปจนยังคงทำหน้าที่ “virusy” ดั้งเดิมของพวกเขาได้

โอเค ถ้าทั้งหมดนี้เป็นข่าวสำหรับคุณ มันอาจจะมีหลายอย่างที่ต้องทำ ดังนั้นมาสรุปอย่างรวดเร็วก่อนที่เราจะดูว่า ERV ทำหน้าที่เป็นหลักฐานของวิวัฒนาการอย่างไร

รีโทรไวรัสภายในร่างกายคือ DNA จำนวนมากที่พบใน DNA ของคุณ ซึ่งไปถึงที่นั่นเมื่อบรรพบุรุษคนใดคนหนึ่งของคุณติดไวรัสเรโทร ในโอกาสที่หายาก ยีนของไวรัสจะเข้าสู่สเปิร์มหรือเซลล์ไข่ ซึ่งพวกมันสามารถไปเป็นส่วนถาวรของจีโนมของสปีชีส์ได้

retroviruses ภายนอก (ERV) ของคุณทำหน้าที่เป็นบันทึกประวัติศาสตร์ของการติดเชื้อในอดีตที่บรรพบุรุษของเราประสบ

ถึงตอนนี้ คุณอาจกำลังถามว่า “เรารู้ได้อย่างไรว่ายีนที่มีลำดับคล้ายกับยีนของไวรัสนั้นมาจากไวรัสจริงๆ สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วหรือไม่”

ในหลายกรณี: ใช่!

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ได้นำเซลล์ของมนุษย์ไปฟักในจานเพาะเชื้อและทำการกลายพันธุ์เล็กน้อยของ DNA ของไวรัส retroviruses ภายนอกตัวหนึ่งเพื่อดูว่ามันจะเริ่มผลิตไวรัสอีกครั้งหรือไม่ มันได้ผลแน่นอน! ไวรัสที่สูญพันธุ์ได้รับการฟื้นฟูจากลำดับดีเอ็นเอที่พบในจีโนมมนุษย์ของเราเอง! retroviruses ภายนอกเป็นรอยแผลเป็นที่เหลืออยู่ของการติดเชื้อไวรัสในสมัยโบราณ

ทั้งหมดนี้ทำหน้าที่เป็นหลักฐานได้อย่างไรว่ามนุษย์ ชิมแปนซี และไพรเมตอื่นๆ วิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษร่วมกันจริงๆ

ในปี 2546 ได้มีการตีพิมพ์ร่างแรกของจีโนมชิมแปนซี โดยรวมแล้ว DNA ของมนุษย์และลำดับดีเอ็นเอของชิมแปนซีมีความคล้ายคลึงกันอย่างไม่น่าเชื่อ แต่ถ้าเราไม่เจาะลึกลงไป ข้อเท็จจริงนี้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถบอกเราได้อย่างแน่นอนว่าวิวัฒนาการเป็นคำอธิบายที่ดีกว่าแนวคิด เรารู้อยู่แล้วว่ามนุษย์และชิมแปนซีมีลักษณะที่คล้ายคลึงกัน ถ้ารหัส DNA สำหรับลักษณะ เราควรคาดหวัง DNA ของเราเหมือนกันใช่ไหม? ในหลายกรณี นี่เป็นจุดที่เหมาะสม… แต่ไม่ใช่ในกรณีของไวรัสย้อนยุคภายในตัว!

โปรดจำไว้ว่า retroviruses ภายนอกของคุณแสดงให้เราเห็นถึงประวัติการติดไวรัสเฉพาะที่บรรพบุรุษของคุณประสบ พวกมันเหมือนรอยแผลเป็นใน DNA ของเราซึ่งและแต่ละบุคคลได้รับมาในช่วงชีวิตของมัน และสามารถส่งต่อไปยังลูกหลานของเขาหรือเธอได้ แต่เฉพาะลูกหลานของเขาหรือเธอเท่านั้น

เรากำลังดูแผนที่โครโมโซมของมนุษย์และชิมแปนซีควบคู่กันไป โครโมโซมเป็นโครงสร้างในเซลล์ที่มี DNA ของเรา

หากมนุษย์และชิมแปนซีมีบรรพบุรุษร่วมกัน และอย่างน้อยหากการติดเชื้อบางอย่างที่เราพบในจีโนมของเราเกิดขึ้นก่อนการแตกตัวของชิมแปนซี/มนุษย์ เราควรหายีนไวรัสเดียวกันในตำแหน่งเดียวกันทั้งในจีโนมมนุษย์และชิมแปนซี

ในทางตรงกันข้าม หากมนุษย์และชิมแปนซีไม่เกี่ยวข้องกัน พวกเขาไม่ควรมีประวัติการติดไวรัสเหมือนกัน

ในตอนนี้ เป็นไปได้ว่าตลอดประวัติศาสตร์ ทั้งสองสายพันธุ์ติดไวรัสชนิดเดียวกัน (มนุษย์และชิมแปนซีบางครั้งป่วยกันในวันนี้) แต่ถ้าชิมแปนซีและมนุษย์ไม่เกี่ยวข้องกัน ยีนไวรัสเหล่านั้นจะไม่พบใน ตำแหน่งที่เหมือนกันของชิมแปนซีและ DNA ของมนุษย์ เนื่องจากเมื่อไวรัส retrovirus แพร่ระบาดในโฮสต์ มีจุดต่างๆ มากมายในจีโนมของโฮสต์ที่อาจแทรกตัวเองเข้าไปได้

การทดลองในห้องปฏิบัติการอย่างกว้างขวางกับ retroviruses พบว่ามีจุดแทรกที่เป็นไปได้มากกว่า 10 ล้านจุดในจีโนมมนุษย์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง โอกาสของมนุษย์และชิมแปนซีจะติดเชื้อในจุดเดียวกันโดยไวรัสชนิดเดียวกันนั้นน้อยกว่า 1 ใน 10 ล้าน

“ก็บอกว่ามีโอกาสไง”

มันไม่น่าเป็นไปได้อย่างน่าขันและมันแย่ลงอย่างรวดเร็ว หากบุคคลสองคนติดเชื้อไวรัสตัวเดียวกันเพียง 12 ตัว โอกาสที่แต่ละคนจากทั้ง 12 คนจะแทรกตัวเองเข้าไปในตำแหน่ง DNA เดียวกันของโฮสต์ทั้งสองนั้นน้อยกว่า 1 ในจำนวนของอะตอมทั้งหมดที่คาดว่าจะมีอยู่ในจักรวาลที่สังเกตได้!

เพื่อให้ได้แนวคิดคร่าวๆ ว่ามนุษย์และชิมแปนซีมีการสอดแทรกจำนวนเท่าใด นักวิจัยได้สแกนจีโนมทั้งสองของเราเพื่อค้นหาไวรัสย้อนยุคชนิดหนึ่งที่พวกเขารู้ว่าพบได้บ่อยในมนุษย์ พวกเขาพบการแทรกซึม 211 ในจีโนมมนุษย์ 208 ในชิมแปนซี เพื่อหาว่าสิ่งที่สอดแทรกเหล่านี้อยู่ในตำแหน่งเดียวกันทั้งในมนุษย์และชิมแปนซีหรือไม่ พวกเขาเปรียบเทียบลำดับดีเอ็นเอขนาบข้างที่ไม่ซ้ำกันในแต่ละด้านของการแทรกแต่ละครั้ง ถ้าคุณคิดว่าไวรัสเป็นแผลเป็น ลำดับการขนาบข้างคือเนื้อเยื่อรอบๆ รอยแผลเป็นที่แข็งแรง ซึ่งจะบอกคุณว่าแผลเป็นนั้นอยู่ที่ใด

พวกเขาพบว่าเราแชร์การแทรกไม่ใช่แค่ 1 รายการ ไม่ใช่แค่ 12 รายการ แต่มีการแทรก 205 รายการ 205 จาก 214 สำหรับไวรัสกลุ่มนี้โดยเฉพาะ!

สิ่งนี้เหมาะสมอย่างยิ่งหากวิวัฒนาการเป็นจริง ไวรัสที่ใช้ร่วมกัน 205 ตัวถูกแทรกในบางครั้งก่อนที่ชิมแปนซี/มนุษย์จะถูกแยกออก การแทรก 6 แบบที่ไม่ซ้ำกันของมนุษย์และ 3 แบบที่ไม่ซ้ำกันสำหรับชิมแปนซีแสดงถึงการแทรกที่เกิดขึ้นหลังจากการแยกตัว หรือเป็นการกลายพันธุ์ของการลบที่กำจัดไวรัสสองสามตัวในเชื้อสายเดียวหลังจากชิมแปนซี/มนุษย์แยกตัว

ในทางตรงกันข้าม หากเราต้องการเชื่อในมุมมองของสปีชีส์ที่ตายตัว เราถูกบังคับให้สรุปว่าไวรัสเหล่านี้มีร่วมกันโดยบังเอิญ

เมื่อเราคำนวณหาไวรัสทั้ง 9 ตัวที่ทั้งสองสายพันธุ์ไม่ได้มีอยู่ร่วมกัน โอกาสที่สิ่งนี้จะเกิดขึ้นโดยบังเอิญก็น้อยกว่า 1 ใน & #8230 ตัวเลขบ้าๆ นี้ที่นี่!

หลักฐานนี้ควรจะเพียงพอสำหรับแม้แต่คนที่ไม่เต็มใจและมีเหตุผลที่สุดที่จะละทิ้งมุมมองของสปีชีส์ที่ตายตัวอย่างระมัดระวัง

DNA retrovirus ภายในตัวเพียงอย่างเดียวก็มากเกินพอที่จะยืนยันสิ่งที่เรารู้อยู่แล้วจากการศึกษาฟอสซิลอย่างอิสระ ที่กล่าวว่าสิ่งที่เราเห็นที่นี่เป็นเพียงส่วนปลายของภูเขาน้ำแข็ง มีหลักฐาน DNA อีกหลายสายที่หาได้ พวกเขาร่วมกันแสดงให้เห็นโดยปราศจากข้อสงสัยอันสมเหตุสมผลว่ามนุษย์และชิมแปนซีวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษร่วมกัน เราเป็นครอบครัว.


หลักฐานที่แสดงว่าพฤติกรรมเสพติดมีความเชื่อมโยงกับการติดเชื้อไวรัสย้อนหลังในสมัยโบราณ

รีโทรไวรัสมีเมมเบรนที่ประกอบด้วยไกลโคโปรตีน ซึ่งสามารถจับกับโปรตีนตัวรับบนเซลล์เจ้าบ้านได้ ภายในเซลล์มี RNA สองสายที่มีเอนไซม์สามตัว: โปรตีเอส, ทราเวิร์สทรานสคริปต์เทสและอินทิเกรส (1) ขั้นตอนแรกของการจำลองแบบคือการจับตัวของไกลโคโปรตีนกับโปรตีนตัวรับ (2) เมื่อสิ่งเหล่านี้ถูกผูกมัด เยื่อหุ้มเซลล์จะสลายตัว กลายเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์เจ้าบ้าน และสาย RNA และเอ็นไซม์จะเข้าสู่เซลล์ (3) ภายในเซลล์ reverse transcriptase จะสร้างสายดีเอ็นเอเสริมจาก retrovirus RNA และ RNA จะถูกย่อยสลายสาย DNA นี้เรียกว่า cDNA (4) จากนั้น cDNA จะถูกจำลองแบบ และสายทั้งสองสร้างพันธะที่อ่อนแอและเข้าสู่นิวเคลียส (5) เมื่ออยู่ในนิวเคลียส DNA จะถูกรวมเข้ากับ DNA ของเซลล์เจ้าบ้านด้วยความช่วยเหลือของอินทิเกรส (6) เซลล์นี้สามารถอยู่เฉยๆ หรือ RNA อาจถูกสังเคราะห์จาก DNA และใช้เพื่อสร้างโปรตีนสำหรับ retrovirus ใหม่ (7) หน่วยไรโบโซมใช้เพื่อถ่ายทอด mRNA ของไวรัสลงในลำดับกรดอะมิโนซึ่งสามารถสร้างเป็นโปรตีนในเอนโดพลาสมิกเรติเคิลแบบหยาบ ขั้นตอนนี้จะทำให้เอนไซม์ของไวรัสและโปรตีนแคปซิด (8) RNA ของไวรัสจะถูกสร้างขึ้นในนิวเคลียส ชิ้นส่วนเหล่านี้จะถูกรวบรวมเข้าด้วยกันและบีบออกจากเยื่อหุ้มเซลล์เป็นไวรัส retrovirus ใหม่ (9) เครดิต: Wikipedia/CC BY-SA 3.0

งานวิจัยใหม่จากทีมนานาชาติที่นำโดย Department of Zoology ของ Oxford University และ National-Kapodistrian University of Athens ซึ่งตีพิมพ์ในวันนี้ใน การดำเนินการของ National Academy of Sciences (PNAS)แสดงให้เห็นว่าไวรัส retrovirus โบราณ—HK2—มักพบในผู้ติดยาและดังนั้นจึงมีความเกี่ยวข้องกับการติดยาอย่างมาก

จีโนมมนุษย์ "เกลื่อน" ด้วยเศษของการติดเชื้อไวรัส retrovirus โบราณที่บุกรุกสายพันธุกรรมของบรรพบุรุษไพรเมตของเรา มีเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่ยังคงมีการแพร่กระจายในมนุษย์สมัยใหม่ที่ชื่อว่า HERV-K HML-2 (HK2) และไม่ใช่มนุษย์ทุกคนที่มีไวรัส HK2 เหมือนกันในจีโนมของพวกมัน HK2 ที่ไม่ธรรมดาชนิดหนึ่งซึ่งอยู่ใกล้กับยีนที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมโดปามีนในสมอง (RASGRF2) พบได้บ่อยกว่าในผู้ติดยาและมีความเกี่ยวข้องกับการติดยาอย่างมีนัยสำคัญ

ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดและมหาวิทยาลัยเอเธนส์ได้แสดงให้เห็นว่า HK2 สามารถจัดการกับยีนที่อยู่ใกล้เคียงได้ การศึกษาของพวกเขาแสดงหลักฐานที่ชัดเจนว่าการรวม HK2 ที่ผิดปกติสามารถรับผิดชอบต่อภาระการก่อโรคที่ไม่ได้รับการประเมินจากพฤติกรรมการเสพติด

ทีมวิเคราะห์ตัวอย่างผู้ป่วยที่ติดเชื้อไวรัสตับอักเสบซี (HCV) จากสหราชอาณาจักรและผู้ป่วยที่ติดเชื้อเอชไอวีจากกรีซที่ติดเชื้อตามเส้นทางการติดเชื้อที่ชัดเจนและเป็นที่รู้จัก (ยาฉีด) เพื่อกำหนดความถี่ของการรวม HK2 ใน บุคคล การแทรก HK2 เฉพาะในยีน RAGRF2 มักจะแพร่หลายใน 5-10% ของประชากร

การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าผู้ที่มีพฤติกรรมเสพติดที่ชัดเจน เช่น บุคคลที่ฉีดยา (PWID) มีแนวโน้มที่จะมีการรวม HK2 ภายใน RASGRF2 (ยีนที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมกิจกรรมโดปามีนในสมอง) เพิ่มขึ้น 2 ถึง 3 เท่า ดังนั้นจึงเป็นข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนว่า HK2 ภายใน RASGRF2 จูงใจคนเหล่านี้ในพฤติกรรมเสพติด

ศาสตราจารย์คัทซูราคิสจากมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด ผู้ร่วมกำกับการศึกษากล่าวว่า "เราทราบดีถึงบทบาททางชีววิทยาที่ชัดเจนสำหรับไวรัสรีโทรไวรัสภายในร่างกายจำนวนน้อย อย่างไรก็ตาม ไม่เคยมีหลักฐานที่แน่ชัดมาก่อนในการสนับสนุนบทบาทในชีววิทยามนุษย์ของไวรัสรีโทรไวรัสภายในร่างกายที่ไม่ได้รับการแก้ไข กล่าวอีกนัยหนึ่งคือไม่มีบุคคลในประชากรทุกคนร่วมกัน การศึกษาของเราแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าสายพันธุ์ที่หายากของ HK2 สามารถส่งผลต่อลักษณะที่ซับซ้อนของมนุษย์ได้ การจำลองแบบของการค้นพบนี้ในกลุ่มเอเธนส์และกลาสโกว์ที่แตกต่างกันมีความสำคัญอย่างยิ่ง'

Dr. Magiorkinis จากมหาวิทยาลัยเอเธนส์ ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษาวิจัยกล่าวเสริมว่า 'คนส่วนใหญ่คิดว่าไวรัสโบราณเหล่านี้ไม่เป็นอันตราย ในบางครั้ง ผู้คนได้แสดงการแสดงออกของ HK2 มากเกินไปในมะเร็ง แต่เป็นการยากที่จะแยกแยะสาเหตุจากผลกระทบ ย้อนกลับไปในปี 2555 หลังจากการโต้เถียง 20 ปีเกี่ยวกับบทบาทที่ทำให้เกิดโรคในมนุษย์ เราพยายามทดสอบสมมติฐานที่มีความเสี่ยงสูงว่า HERV สามารถรับผิดชอบต่อโรคของมนุษย์ได้ ข้อเสนอของเราได้รับการสนับสนุนจากสภาวิจัยทางการแพทย์ และตอนนี้เรามีหลักฐานที่แน่ชัดแล้วว่า HERV สามารถทำให้เกิดโรคได้ เป็นครั้งแรกที่เราสามารถสร้างความแตกต่างระหว่างสาเหตุและผลกระทบในการทำให้เกิดโรคของ HERV ได้'

การรวมตัวของไวรัสเกิดขึ้นก่อนการเกิดขึ้นของมนุษย์สมัยใหม่ ดังที่พบในจีโนมของมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลและเดนิโซแวน ดังนั้นจึงไม่ใช่พฤติกรรมของผู้พิการทางสมองที่เป็นตัวกำหนดการปรากฏตัวของไวรัส แต่มีแนวโน้มว่าไวรัสจะเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมเสพติด ไม่ใช่ผู้พิการทุกรายที่เป็นพาหะของไวรัสนี้ ดังนั้นจะมีปัจจัยทางพันธุกรรมและพฤติกรรมอื่น ๆ อีกมากมายที่เกี่ยวข้อง แต่นี่เป็นปัจจัยคาดการณ์ที่สำคัญในการเสพติด นอกจากนี้ งานทดลองของนักวิจัยยังสนับสนุนบทบาทเชิงสาเหตุในการแสดงออกของ RASGRF2 และด้วยเหตุนี้การเสพติด

ทีมวิจัยของอ็อกซ์ฟอร์ดสนับสนุนการสนับสนุนการแทรกแซงทางการแพทย์และเภสัชวิทยาเพื่อสนับสนุนผู้ติดยาด้วยการให้การสนับสนุนสำหรับความโน้มเอียงทางพันธุกรรมที่แข็งแกร่งของพฤติกรรมการเสพติด การศึกษาของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีการจัดลำดับใหม่และโครงการจีโนมขนาดใหญ่ เช่น โครงการ 100, 000 จีโนมจะช่วยเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับลักษณะทางพันธุกรรมที่ก่อนหน้านี้ไม่ค่อยเข้าใจ

Dr. Magiorkinis กล่าวว่า "การมองเข้าไปในส่วนที่ "มืด" ของจีโนมจะช่วยไขความลับของจีโนมได้มากขึ้น

HERVs ส่วนใหญ่ในจีโนมมีร่วมกันโดยบุคคลส่วนใหญ่ ดังนั้น หากคุณสุ่มเลือกคนสองคนและตรวจดูว่าพวกเขามี HERV เหมือนกันในตำแหน่งจีโนมเดียวกันหรือไม่ พวกเขาจะอยู่ที่นั่น สิ่งนี้ไม่เป็นความจริงสำหรับสำเนา HK2 บางชุดที่มีการเปลี่ยนแปลง โดยบุคคลบางคนมีสำเนาพิเศษในจีโนมของตนในตำแหน่งที่แตกต่างกัน น่าแปลกที่ดูเหมือนว่ามีบางสายพันธุ์ที่ไวรัสในตัวนั้น 'สามารถเข้ารหัสได้' กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นพิมพ์เขียวที่ไม่ขาดตอนซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างไวรัสได้มากขึ้น ซึ่งสามารถทำงานและก่อให้เกิดปัญหากับโฮสต์ของมนุษย์ได้

HERV ส่งสัญญาณเพื่อควบคุมเครื่องจักรการจำลองแบบของโฮสต์ และพวกเขาทำเช่นนี้เพื่อจุดประสงค์ที่เห็นแก่ตัวของตนเอง—เพื่อเพิ่มจำนวนสำเนาโดยให้เจ้าของที่พักเสียค่าใช้จ่าย อย่างไรก็ตาม หากพวกมันรวมเข้าด้วยกันใกล้กับยีน สัญญาณเดียวกันนี้จะส่งผลต่อการแสดงออกและหน้าที่ของยีนที่อยู่ใกล้ซึ่งพวกมันได้รวมเข้าด้วยกัน ในขณะที่นักวิจัยยังคงมีช่องว่างในความเข้าใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร การทดลองของทีมวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าการใส่ HK2 เข้าไปในยีน การถอดความของยีนจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมีนัยสำคัญ

นับตั้งแต่มีการค้นพบ HIV และ (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV นี่เป็นกรณีที่สามที่ไวรัส retrovirus ของมนุษย์มีการเชื่อมโยงอย่างมากกับผลที่เป็นอันตรายในมนุษย์ ในกรณีนี้ ผลกระทบที่เป็นอันตรายที่นักวิจัยระบุคือสภาวะทางพฤติกรรมที่ซับซ้อน อาจกล่าวได้ว่าไวรัสชนิดนี้ 'ทำให้เกิดโรคตามเงื่อนไข' เนื่องจากบุคคลจำนวนมากสามารถเป็นพาหะได้และไม่ต้องรับผลด้านลบ

การแพร่กระจายของเชื้อเอชไอวีระหว่างบุคคล ความแตกต่างในความชุกของ HK2 นั้นส่วนใหญ่มาจากการถ่ายทอดทางพันธุกรรม แม้ว่าเป็นไปได้ที่ไวรัส HK2 บางตัวยังคงสามารถแพร่เชื้อได้ในประชากรมนุษย์ งานวิจัยในอนาคตที่น่าสนใจมากคือปฏิสัมพันธ์ระหว่าง HK2 กับไวรัสในมนุษย์ที่ติดเชื้ออื่นๆ เป็นที่น่าสังเกตว่าผู้พิการทางสมองทั้งสองกลุ่มที่นักวิจัยตรวจสอบนั้นติดเชื้อเอชไอวีและไวรัสตับอักเสบซีเรื้อรังตามลำดับ

นักวิจัยหวังว่าการทำความเข้าใจลักษณะทางกลไกและชีวเคมีของพฤติกรรมเสพติดจะสามารถพัฒนาเป้าหมายทางเภสัชวิทยาได้ดีขึ้นเพื่อการพัฒนายา และเนื่องจาก HK2 (ปัจจัยทำนาย) เป็นไวรัสย้อนยุค จึงเป็นไปได้ที่ยาที่มีอยู่สามารถใช้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการวิจัยในพื้นที่นี้


ระบบภูมิคุ้มกันสำหรับจีโนม

จากการค้นพบใหม่ของเรา เราขอแนะนำว่ามีระบบภูมิคุ้มกันเฉพาะทางเพื่อป้องกันการบุกรุกของจีโนมย้อนยุคไวรัส เช่นเดียวกับระบบภูมิคุ้มกันทั่วไป ระบบนี้รวมถึงการตอบสนองโดยธรรมชาติ ซึ่งเป็นการป้องกันตามวัตถุประสงค์ทั่วไปจากผู้โจมตี และการตอบสนองแบบปรับตัว ซึ่งเรียนรู้ที่จะรู้จักเชื้อโรคที่เฉพาะเจาะจงและกำจัดพวกมัน

ในระยะแรกของการติดเชื้อไข่หรือสเปิร์ม ลำดับ DNA ที่เปลี่ยนแปลงจะส่งผลให้เกิด “รูปแบบโมเลกุล” ที่ระบบภูมิคุ้มกันของจีโนมโดยกำเนิดรู้จัก ซึ่งจะหยุดการทำงานของไวรัสและเริ่มสร้างลำดับ piRNA ที่เป็นเอกสิทธิ์เพื่อจดจำผู้บุกรุก

การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติจะทำงานจนกว่าจะมีการสร้างความทรงจำของผู้บุกรุกจีโนมและการตอบสนองแบบปรับตัวเฉพาะลำดับเริ่มทำงาน

เราเสนอกรอบการทำงานที่ลำดับจากไวรัสย้อนยุคที่บุกรุกสามารถมียีน "เงียบ" ก่อน จากนั้นผ่านกระบวนการที่กำหนดเป้าหมาย ในที่สุดจะกลายเป็นส่วนสำคัญของจีโนมของโฮสต์

“ระบบภูมิคุ้มกันของจีโนม” นี้เปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสิ่งที่กำหนดรูปร่างของจีโนมของสัตว์ทั้งหมด เราไม่สามารถมองจีโนมว่าเป็นเอนทิตีที่ไม่มีการป้องกันซึ่งควบคุมโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติอย่างหมดจด - มันต่อสู้กลับ

ผู้เขียน: Keith Chappell, นักวิจัยอาวุโส, School of Chemistry and Molecular Biosciences, The University of Queensland


จับ retrovirus ในการกระทำ

การบุกรุกจีโนม retrovirus ที่รู้จักกันเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อน อย่างไรก็ตาม KoRV เป็นข้อยกเว้นที่เพิ่งระบุ ไวรัสแพร่กระจายระหว่างบุคคล แต่ยังติดเชื้อสเปิร์มและเซลล์ไข่ โคอาล่าจำนวนมากจึงเกิดมาพร้อมกับเชื้อโรคนี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของจีโนมของพวกมัน

เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันที่มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์กำลังร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์จากโรงเรียนแพทย์มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์เพื่อวิเคราะห์ว่าสเปิร์มโคอาล่าและเซลล์ไข่ตอบสนองต่อการติดเชื้อ KoRV-A อย่างไร

ผลการวิจัยของเราซึ่งตีพิมพ์ในวันนี้ใน Cell แนะนำว่าเซลล์เหล่านี้มี "การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของจีโนมโดยธรรมชาติ" แบบใหม่ต่อการติดเชื้อไวรัส ซึ่งอาจช่วยควบคุมการแพร่กระจายของ KoRV ที่ติดเชื้อได้

ภายในโครงการนี้ ทีมวิเคราะห์ DNA และ RNA จากตัวอย่างเนื้อเยื่อต่างๆ จากโคอาล่าป่าที่เสียชีวิตจากเซาท์อีสต์ควีนส์แลนด์ (เช่นเดียวกับ DNA RNA ยังมีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโคอาล่า แต่ก็เป็นสิ่งที่จีโนมของ KoRV สร้างขึ้นเองด้วย)

ทีมงานมองหาลำดับของ RNA สั้นๆ โดยเฉพาะ โดยมีความยาวระหว่าง 23 ถึง 35 นิวคลีโอไทด์ เรียกว่า PIWI Interacting RNAs (piRNAs) กลุ่มของลำดับ piRNA จะถูกเก็บไว้ภายในจีโนมและทำหน้าที่เป็นธนาคารหน่วยความจำชนิดหนึ่งของลำดับที่ไม่ต้องการ - ลายเซ็นของไวรัสที่บุกรุก - ที่จะตกเป็นเป้าหมาย


จับ retrovirus ในการกระทำ

การบุกรุกจีโนม retrovirus ที่รู้จักกันเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อน อย่างไรก็ตาม KoRV เป็นข้อยกเว้นที่เพิ่งระบุ ไวรัสแพร่กระจายระหว่างบุคคล แต่ยังติดเชื้อสเปิร์มและเซลล์ไข่ โคอาล่าจำนวนมากจึงเกิดมาพร้อมกับเชื้อโรคนี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของจีโนมของพวกมัน

เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันที่มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์กำลังร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์จากโรงเรียนแพทย์มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์เพื่อวิเคราะห์ว่าสเปิร์มโคอาล่าและเซลล์ไข่ตอบสนองต่อการติดเชื้อ KoRV-A อย่างไร

ผลการวิจัยของเราซึ่งตีพิมพ์ในวันนี้ใน Cell แนะนำว่าเซลล์เหล่านี้มี "การตอบสนองภูมิคุ้มกันของจีโนมโดยธรรมชาติ" แบบใหม่ต่อการติดเชื้อไวรัส ซึ่งอาจช่วยควบคุมการแพร่กระจายของ KoRV ที่ติดเชื้อได้

ภายในโครงการนี้ ทีมวิเคราะห์ DNA และ RNA จากตัวอย่างเนื้อเยื่อต่างๆ จากโคอาล่าป่าที่เสียชีวิตจากเซาท์อีสต์ควีนส์แลนด์ (เช่นเดียวกับ DNA RNA ยังมีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโคอาล่า แต่ก็เป็นสิ่งที่จีโนมของ KoRV สร้างขึ้นเองด้วย)

ทีมวิจัยมองหาลำดับ RNA สั้นๆ โดยเฉพาะ โดยมีความยาวระหว่าง 23 ถึง 35 นิวคลีโอไทด์ เรียกว่า PIWI Interacting RNAs (piRNAs) กลุ่มของลำดับ piRNA จะถูกเก็บไว้ภายในจีโนมและทำหน้าที่เป็นธนาคารหน่วยความจำชนิดหนึ่งของลำดับที่ไม่ต้องการ – ลายเซ็นของไวรัสที่บุกรุก – ที่จะตกเป็นเป้าหมาย


จับ retrovirus ในการกระทำ

การบุกรุกจีโนม retrovirus ที่รู้จักกันเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อน อย่างไรก็ตาม KoRV เป็นข้อยกเว้นที่เพิ่งระบุ ไวรัสแพร่กระจายระหว่างบุคคล แต่ยังติดเชื้อสเปิร์มและเซลล์ไข่ โคอาล่าจำนวนมากจึงเกิดมาพร้อมกับเชื้อโรคนี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของจีโนมของพวกมัน

เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันที่มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์กำลังร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์จากโรงเรียนแพทย์มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์เพื่อวิเคราะห์ว่าสเปิร์มโคอาล่าและเซลล์ไข่ตอบสนองต่อการติดเชื้อ KoRV-A อย่างไร

ผลการวิจัยของเราซึ่งตีพิมพ์ในวันนี้ใน Cell แนะนำว่าเซลล์เหล่านี้มี "การตอบสนองภูมิคุ้มกันของจีโนมโดยธรรมชาติ" แบบใหม่ต่อการติดเชื้อไวรัส ซึ่งอาจช่วยควบคุมการแพร่กระจายของ KoRV ที่ติดเชื้อได้

ภายในโครงการนี้ ทีมวิเคราะห์ DNA และ RNA จากตัวอย่างเนื้อเยื่อต่างๆ จากโคอาล่าป่าที่เสียชีวิตจากเซาท์อีสต์ควีนส์แลนด์ (เช่นเดียวกับ DNA RNA ยังมีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโคอาล่า แต่ก็เป็นสิ่งที่จีโนมของ KoRV สร้างขึ้นเองด้วย)

ทีมวิจัยมองหาลำดับ RNA สั้นๆ โดยเฉพาะ โดยมีความยาวระหว่าง 23 ถึง 35 นิวคลีโอไทด์ เรียกว่า PIWI Interacting RNAs (piRNAs) กลุ่มของลำดับ piRNA จะถูกเก็บไว้ภายในจีโนมและทำหน้าที่เป็นธนาคารหน่วยความจำชนิดหนึ่งของลำดับที่ไม่ต้องการ - ลายเซ็นของไวรัสที่บุกรุก - ที่จะตกเป็นเป้าหมาย


พบ retrovirus โบราณใน DNA ของมนุษย์ – และมันอาจยังคงทำงานอยู่ - ประวัติศาสตร์

(Inside Science) - ไวรัสที่บุกรุก DNA ของบรรพบุรุษของมนุษยชาติเมื่อหลายล้านปีก่อนอาจมีบทบาทสำคัญในการพัฒนามนุษย์ในระยะแรกสุด

การค้นพบนี้ทำให้กระจ่างในส่วนสำคัญที่ไวรัสอาจมีในวิวัฒนาการของมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์กล่าวเสริม

ระยะเริ่มต้นของการพัฒนาตัวอ่อนวางรากฐานของสิ่งที่กลายเป็นอวัยวะและเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต การวิจัยในอดีตเปิดเผยว่าปัจจัยหลายอย่างสามารถมีอิทธิพลต่อพัฒนาการของมนุษย์ในระยะเริ่มต้น เช่น อาหารและสภาพแวดล้อมของพ่อแม่ Now researchers find that viruses incorporated into the human genome may be another major factor.

Viruses infect cells in order to hijack their machinery and make copies of themselves. One type of virus known as a retrovirus does this by weaving its own genes into the DNA of its hosts. The most infamous retrovirus is HIV, the virus that causes AIDS.

In rare instances, retroviruses infect sperm or egg cells. If those cells go on to become part of a person, his or her cells will contain retroviral DNA, which they can then pass onto their descendants. Prior studies revealed that at least 8 percent of the human genome is made up of these so-called endogenous retroviruses — the remnants of retroviral infections our ancestors had millions of years ago. These retroviral elements no longer produce active viruses.

Scientists had long thought that endogenous retroviruses might be junk DNA that did nothing within the human genome. However, recent studies found that one class of endogenous retroviruses known as human endogenous retrovirus subfamily H, or HERV-H, is surprisingly active in human embryonic stem cells, and is key to their ability to become any other kind of cell in the body. Past research suggests that HERV-H sequences are unique to humans and great apes, invading primates less than 20 million years ago.

Now researchers find that retroviral material could play key roles from the beginning of human development.

"Endogenous retroviruses might have played an important role in human evolution," said lead study author Jonathan Göke, a computational biologist at the Genome Institute of Singapore.

The possibility that the early stages of human development might depend in part on genetic material from an outside source, much less a virus, is counter-intuitive, Göke said. Still, random mutations are a very slow way to introduce lasting changes to genomes — retroviruses may have proven a fast way at introducing genetic alterations, including ones important enough to steer the course of human development, he said.

The scientists investigated more than 650,000 retroviral elements within the human genome, about 5,000 of which belong to HERV-H. They analyzed previously published data about the activity of these retroviral elements in unfertilized egg cells and human embryonic stem cells, as well as during the earliest stages of development, including the one-cell stage, known as the zygote the two-cell, four-cell and eight-cell stages the morula, when the embryo becomes a solid ball of cells and the blastocyst, when the embryo becomes a hollow ball of cells.

"They did a really good job going the distance to dig through the data," said molecular biologist Didier Trono at the Federal Polytechnic School of Lausanne in Switzerland, who did not take part in this research.

The researchers discovered that roughly 1,400 of these retroviral elements were only expressed at specific times during embryonic development. They believe these are under control of the embryo's cellular machinery and therefore "potentially important in development," Göke said.

It remains uncertain what role these retroviral elements play in early human development, but it may have to do with how millions of years of evolution have made viruses masters at controlling the biology of their victims. One possibility is that embryos are using these retroviral elements as signals to switch on genetic activity within their cells. Originally, the retroviruses used these signals to activate themselves, but the cells may now have co-opted these signals to activate other parts of their genome instead, Göke said.

One challenge to determining what these retroviral elements do is that they do not exist in common lab animals such as mice, and they are not active in the human cell lines most widely used in research. Göke and his colleagues are now attempting to identify other cells these retroviral elements show activity in to study their function.

All in all, Trono noted that up to a whopping 70 percent or so of the human genome may actually come from retroviruses, much of it now too degraded to identify as such.

"These virus-like elements are increasingly now seen not as junk DNA, but as involved in regulating most aspects of human biology, from early development to the physiology of every single system, from our brain to our immune system," Trono said.

The scientists detailed their findings in the Feb. 5 issue of the journal Cell Stem Cell.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature, and many other news outlets. He tweets at @cqchoi. Reprinted with permission from Inside Science, an editorially independent news product of the American Institute of Physics, a nonprofit organization dedicated to advancing, promoting and serving the physical sciences.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science.


Evidence that addictive behaviors have strong links with ancient retroviral infection

New research from an international team led by Oxford University's Department of Zoology and the National-Kapodistrian University of Athens, published today in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), shows that an ancient retrovirus -- HK2 -- is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The human genome is "littered" with remnants of ancient retrovirus infections that invaded the germline of our primate ancestors. Only one of these may still be proliferating in modern humans named HERV-K HML-2 (HK2), and not all humans have the same HK2 viruses in their genomes. One specific uncommon HK2, which lies close to a gene involved in dopaminergic activity in the brain (RASGRF2), is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The Oxford University and University of Athens research teams have shown that HK2 can manipulate nearby genes. Their study provides strong evidence that uncommon HK2 integrations can be responsible for the unappreciated pathogenic burden of addictive behaviours.

The team analysed samples of Hepatitis C Virus (HCV)-infected patients from the UK and HIV-infected patients from Greece who had become infected according to distinct, known routes of infection (injecting drugs), to determine the frequency of the HK2 integration in individuals. The particular HK2 insertion in the RASGRF2 gene is usually prevalent in 5-10% of the population.

This study shows that people with well-defined addictive behaviour i.e. Persons Who Inject Drugs (PWID) are 2 to 3 times more likely to have the integration of HK2 within RASGRF2 (a gene involved in regulating dopaminergic activity in the brain). It is thus a strong indication that HK2 within RASGRF2 predisposes these people in addictive behaviour.

Professor Katzourakis, from the University of Oxford, who co-directed the study said: 'We know of clear biological roles for a small number of human endogenous retroviruses. However, there has never before been strong evidence in support of a role in human biology of an endogenous retrovirus that is unfixed, in other words not shared by all individuals in the population. Our study shows for the first time that rare variants of HK2 can affect a complex human trait. The replication of this finding in the distinct Athens and Glasgow cohorts is particularly important.'

Dr Magiorkinis, from the University of Athens, who led the study added: 'Most people think these ancient viruses are harmless. From time to time, people have shown overexpression of HK2 in cancer, but it has been difficult to distinguish cause from effect. Back in 2012, following a 20-year controversy regarding their pathogenic roles in humans, we sought to test the high-risk hypothesis that HERVs can be responsible for human disease. Our proposal was supported by the Medical Research Council, and now we have strong proof that HERVs can be pathogenic. For the first time, we are able to make a distinction between cause and effect in HERV pathogenicity.'

The integration of the virus predates the emergence of modern humans, as it has been found in Neanderthal and Denisovan genomes, and therefore it is not the behaviour of PWIDs that determines the presence of the virus. Rather, it is likely that the virus is associated with addictive behaviour. Not all PWIDs carry this virus so there will be many other genetic and behavioural factors involved, but this is an important predictive factor in addiction. Furthermore the researchers' experimental work supports a causal role in the expression of RASGRF2 and hence addiction.

By providing support for a strong genetic predisposition of addictive behaviour, the Oxford research team advocates in support of medical-pharmacological interventions in support of addicts. Their study shows that new sequencing technologies and large genomic projects such as the 100,000 genomes project will deliver enhanced understanding of genetic features that were previously not well-understood.

Dr Magiorkinis said: 'Looking into this "dark" part of the genome will unlock more genomic secrets.'

Most HERVs in the genome are shared by most human individuals. So if you pick two random people and check to see if they have the same HERVs in the same genomic location, it will be there. This is not true of some copies of HK2 there is variation, with certain individuals carrying extra copies in their genomes at distinct locations. Amazingly, it appears there are some rare variants where the integrated virus is 'coding competent'. In other words, it is an unbroken blueprint that could be used to make more viruses which could be active and cause problems to the human host.

HERVs carry signals to manipulate the host's replication machinery, and they do this for their own selfish purposes -- to increase their copy number at the expense of the host. However, if they integrate near a gene, these same signals will affect the expression and function of the gene near which they have integrated. While researchers still have gaps in their understanding of how exactly this happens, the experiments of this research team show that by inserting HK2 within a gene the transcription of the gene was significantly altered.

Since the discovery of HIV and (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV, this is the third case in which a human retrovirus has been strongly linked with a harmful effect in humans. In this case, the harmful effect that researchers have identified is a complex behavioural condition. It could be said that this virus is 'conditionally pathogenic' as many individuals could carry it and not suffer negative consequences.

HIV spreads between individuals differences in prevalence of HK2 are largely heritable, although it is possible that some HK2 viruses could still be infectious in the human populations. A very promising area of future research are the interactions between HK2 and other infectious human viruses. It is notable that the two cohorts of PWIDs that the researchers investigated are chronically infected with HIV and HCV respectively.

The researchers hope that by understanding the mechanistic-biochemical features of addictive behaviour better pharmacological targets can be developed for drug development. And as HK2 (the predictive factor) is a retrovirus it is possible that existing drugs could be used as starting points for research into this area.


ดูวิดีโอ: สรป พนธศาสตร - Gene DNA Chromosome 12. Bio-oei (อาจ 2022).