А не мама с папой Что бы понять, что ты такое на самом деле, нам надо разобраться, что такое ретровирусы и заглянуть на 100 миллионов лет назад. Что такое вирус? Вирусы настолько просты, что многие биологи не считают их полноценными живыми организмами. Каждый вирус — это, по сути, микроскопический пакет генетического материала. У каждого царства есть свои вирусы. Размножаться они могут только заражая живые клетки: они перестраивают механизмы работы хозяина и заставляют его клетки создавать свои копии. Зачастую они вызывают у своих хозяев заболевания. Они используют наши собственные механизмы, поэтому их так трудно убить, ведь получается, надо вредить своим внутриклеточным процессам, чтобы остановить вирусное машиностроение. Хорошо, с вирусами разобрались, так что такое ретровирус? Природа ретровирусов была впервые поднята в 1960-х. Они, можно сказать, переписали догмы биологии. До их открытия считалось, что клетки из ДНК делают РНК, а из нее — протеины. Но ретровирусы умеют из РНК делать ДНК, то есть процесс идет в обратную сторону! Эта способность впоследствии послужила человечеству, и мы теперь можем исследовать активные гены в клетках. Главная особенность ретровирусов в том, что они умеют встраивать свою ДНК в ДНК хозяина, и могут сидеть там годами, не вызывая подозрений у иммунной системы. Обычно вирусы передаются горизонтально: при чихании, занятиях любовью, при контакте с кровью зараженного и т.д. В этом случае вы распространяете укомплектованные частицы вируса кому угодно. Ретровирусы могут прятаться в вашей ДНК, и если ретровирус проникнет в зародышевую линию клеток, в гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды), то он предастся вертикально к вашим детям и потомкам. Вертикальная передача вируса может повлиять на нашу эволюцию, и, как мы видим, это уже произошло. Из-за древнего ретровируса, который инфицировал нашего предка, у нас появилась плацента! Несмотря на большое разнообразие вирусов, к счастью, известно только четыре ретровируса, заражающих человека. Все они были открыты в 1980-х годах: Т-лимфотропный вирус человека 1, вызывающий одну из форм рака, и близкородственный ему Т-лимфотропный вирус человека 2, а также печально известные вирусы иммунодефицита человека ВИЧ 1-го и 2-го типов, вызывающие СПИД. Как же получилось, что ретровирус, сидит в ДНК и не отсвечивает? Когда древний ретровирус инфицировал нашего предка и стал передаваться по наследству, как советский сервиз, то стали накапливаться мутации. Эти мутации делают так, что ретровирус больше не может создать активные копии себя, и ему не осталось ничего другого, как смириться и стать частью нас. Такие дробленые кусочки вирусной ДНК называются эндогенными ретровирусами, мы будем звать их встроенными ретровирусами. Наша ДНК полна их. Когда в 2001 году секвенировали геном человека, оказалось, что почти 8% нашей ДНК, оказалась не нашей, а встроенными ретровирусами. 8% твоей ДНК, Карл, не твоя! Встроенные ретровирусы есть у всех позвоночных. Большинство человеческих встроенных ретровирусов не являются уникальными для нашего вида и встречаются у некоторых других приматов, например, шимпанзе. Мы унаследовали их от наших общих обезьяньих предков. Некоторые из встроенных ретровирусов действительно древние, например, на хромосоме 17 есть кусочек ретровируса возрастом 104 миллиона лет. Когда гигантские ящеры ходили по земле, а наши предки были мелкими млекопитающими и по совместительству подножным кормом динозавров, они заразились каким-то ретровирусом, который так и остался в ДНК. Что именно делает этот кусочек, пока не ясно. И так как же мы получили плаценту? Если быть совсем точным, то ни мы, ни наши обезьяньи предки плаценту не получили. Плаценту получил общий предок млекопитающих, когда мы пошли другой эволюционной дорогой, чем сумчатые животные. И со временем по наследству получили плаценту и мы. Когда древний ретровирус находил подходящего хозяина, он объединял свою мембрану с мембраной хозяина, чтобы слиться воедино. В этом ему помогал белок синцитин. После слияния с клеткой, он внедрял свой геном, включая отвечающий за слияние ген, производящий синцитин, в геном хозяина. Но однажды вечером, хотя это могло бы быть и утро, или ночь, все пошло не по плану, и клетка перехватила инициативу, использовала ген сама, и организм начал использовать синцитин в своих нуждах. Вирус не смог успешно инфицировать. Как говорится, не повезло, не фортануло. В процессе эволюции предки млекопитающих вырастили плаценту, а древний ретровирус стал лишь тенью самого себя — встроенным ретровирусом. Соединяя клетки матери и клетки эмбриона, плацента может передавать эмбриону питательные вещества и выводить отходы. Ретровирусы неоднократно инфицировали млекопитающих на протяжении всей их эволюционной истории, поэтому у разных групп млекопитающих часто встречаются разные синцитины, происходящие от разных ретровирусов. Примерно 25 миллионов назад от прадеда всех ящериц откололась одна ветвь — ящерица мабуя (Scincidae). А примечательны они были тем, что были живородящими, тогда как большинство рептилий откладывали и откладывают до сих пор яйца, покрытые твердой оболочкой. А рожать живых детенышей они смогли из-за вируса, который наследил в ДНК мабуя. Тот же самый вирус оставил в наследство плаценту и им. Без этого вирусного гена плацента в самках не развивается, ученые подтвердили это на мышах. То есть вирус вырастил нам целый орган! Так что, если выиграете какую-нибудь награду, не забудь поблагодарить семью, коллег, друзей и вирусы! Плацента — не единственный пример работающих ретровирусов. Зародышевые клетки известны своей множественной силой и потенциалом развиваться в любой вид клеток: костей, мышц, нервов, крови, кожи и т.д. А могут они это потому, что встроенный ретровирус производит особенный подвид РНК-молекулы, пока эти молекулы производятся, клетка многопотенциальна. Другие встроенные ретровирусы регулируют активность генов и тем самым контролируют процессы в организме. Например, наш организм использует фермент амилазу для расщепления углеводов, таких как крахмал, который мы получаем с пищей. Амилаза производится в двух местах: в поджелудочной железе и во рту, выделяясь со слюной. Так вот, встроенный ретровирус активирует выделение амилазы в слюнных железах через промотер. Промотер — область ДНК, в которой начинается транскрипция гена, где начинают из ДНК делать РНК для последующего образования белка. Как видно из вышеперечисленного, ретровирусы теперь служат на благо хозяина. В плаценте и развивающемся эмбрионе можно встретить еще один белок — супрессин, доставшийся нам от встроенного ретровируса. Похожий белок можно найти во внешних оболочках других вирусов. Из-за схожести белков супрессин блокирует проникновение ретровирусов в клетки, поскольку он связывается с рецепторами на внешней мембране клетки, которые сами вирусы использовали бы для проникновения в клетку. Если объяснить на пальцах, то супрессин — это ключ, который оставили в замке. Если в дверь вставить похожий ключ, он не сможет открыть дверь, так как оставленный ключ будет ему мешать. Так ретровирус не сможет проникнуть в эмбрион. Исследователи полагают, что первоначально супрессин использовался для предотвращения заражения ретровирусами эмбрионов, которые имеют очень слабую иммунную систему. На данный момент насчитывается около 1500 потенциальных встроенных ретровирусов. Некоторые производят белки (супрессин, синцитин), некоторые РНК (как в зародышевых клетках). Новые исследования говорят о том, что некоторые помогают иммунной системе нацеливаться на раковые клетки. Для здорового существования очень важно, чтобы гены включались и выключались в точной последовательности, а встроенные ретровирусы могут это контролировать. Без них ни одно животное, включая человека, не существовало бы в своем нынешнем виде. Но хотя они могут защищать нас от болезней, было бы неудивительно, если бы некоторые встроенные вирусы также были ответственны за негативные последствия. А как же сейчас? Внедряются ли современные ретровирусы в наши зародышевые клетки? К счастью, нет, последние несколько тысяч лет нет никаких свидетельств появления новых встроенных ретровирусов. А вот коалам повезло меньше. Они подвергаются нашествию ретровируса коалы, ДНК которого обнаруживается в некоторых популяциях коал, но не в других. Ученые с особым интересом наблюдают за эволюцией и "вторжением генома в режиме реального времени". Единственное, что вызывает смутные сомнения и переживания, это тот факт, что встроенные вирусы у мышей и куриц могут инфицировать другие клетки организма и вызывать заболевания, а вот у людей не могут. И это, наверное, лишь вопрос времени, когда в очередных несуществующих биолабораториях самая миролюбивая военная организация в мире не найдет способ, как это исправить. В итоге мы вовсе не мы, на 8% мы вирусы, на 2% — неандертальцы и денисовцы. Мы — мозаика из генов. Источники: Cornelis, Guillaume, et al. "An endogenous retroviral envelope syncytin and its cognate receptor identified in the viviparous placental Mabuya lizard." Proceedings of the National Academy of Sciences 114.51 (2017): E10991-E11000. bbcточкаcom/future/article/20230519-the-viruses-that-helped-to-make-you-human Lee, Adam, et al. "Identification of an ancient endogenous retrovirus, predating the divergence of the placental mammals." Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 368.1626 (2013): 20120503. #Биология@inbioreactor #Микробиология@inbioreactor #Заметка@inbioreactor Текст: #Дикарева@inbioreactor Редактура: #li_za_ve@inbioreactor #Наука #Научпоп
Биореактор
Вирусы сделали тебя таким, какой ты есть.
А не мама с папой
Что бы понять, что ты такое на самом деле, нам надо разобраться, что такое ретровирусы и заглянуть на 100 миллионов лет назад.
Что такое вирус? Вирусы настолько просты, что многие биологи не считают их полноценными живыми организмами. Каждый вирус — это, по сути, микроскопический пакет генетического материала. У каждого царства есть свои вирусы. Размножаться они могут только заражая живые клетки: они перестраивают механизмы работы хозяина и заставляют его клетки создавать свои копии. Зачастую они вызывают у своих хозяев заболевания. Они используют наши собственные механизмы, поэтому их так трудно убить, ведь получается, надо вредить своим внутриклеточным процессам, чтобы остановить вирусное машиностроение.
Хорошо, с вирусами разобрались, так что такое ретровирус? Природа ретровирусов была впервые поднята в 1960-х. Они, можно сказать, переписали догмы биологии. До их открытия считалось, что клетки из ДНК делают РНК, а из нее — протеины. Но ретровирусы умеют из РНК делать ДНК, то есть процесс идет в обратную сторону! Эта способность впоследствии послужила человечеству, и мы теперь можем исследовать активные гены в клетках. Главная особенность ретровирусов в том, что они умеют встраивать свою ДНК в ДНК хозяина, и могут сидеть там годами, не вызывая подозрений у иммунной системы.
Обычно вирусы передаются горизонтально: при чихании, занятиях любовью, при контакте с кровью зараженного и т.д. В этом случае вы распространяете укомплектованные частицы вируса кому угодно. Ретровирусы могут прятаться в вашей ДНК, и если ретровирус проникнет в зародышевую линию клеток, в гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды), то он предастся вертикально к вашим детям и потомкам. Вертикальная передача вируса может повлиять на нашу эволюцию, и, как мы видим, это уже произошло. Из-за древнего ретровируса, который инфицировал нашего предка, у нас появилась плацента!
Несмотря на большое разнообразие вирусов, к счастью, известно только четыре ретровируса, заражающих человека. Все они были открыты в 1980-х годах: Т-лимфотропный вирус человека 1, вызывающий одну из форм рака, и близкородственный ему Т-лимфотропный вирус человека 2, а также печально известные вирусы иммунодефицита человека ВИЧ 1-го и 2-го типов, вызывающие СПИД.
Как же получилось, что ретровирус, сидит в ДНК и не отсвечивает? Когда древний ретровирус инфицировал нашего предка и стал передаваться по наследству, как советский сервиз, то стали накапливаться мутации. Эти мутации делают так, что ретровирус больше не может создать активные копии себя, и ему не осталось ничего другого, как смириться и стать частью нас. Такие дробленые кусочки вирусной ДНК называются эндогенными ретровирусами, мы будем звать их встроенными ретровирусами. Наша ДНК полна их. Когда в 2001 году секвенировали геном человека, оказалось, что почти 8% нашей ДНК, оказалась не нашей, а встроенными ретровирусами. 8% твоей ДНК, Карл, не твоя!
Встроенные ретровирусы есть у всех позвоночных. Большинство человеческих встроенных ретровирусов не являются уникальными для нашего вида и встречаются у некоторых других приматов, например, шимпанзе. Мы унаследовали их от наших общих обезьяньих предков. Некоторые из встроенных ретровирусов действительно древние, например, на хромосоме 17 есть кусочек ретровируса возрастом 104 миллиона лет. Когда гигантские ящеры ходили по земле, а наши предки были мелкими млекопитающими и по совместительству подножным кормом динозавров, они заразились каким-то ретровирусом, который так и остался в ДНК. Что именно делает этот кусочек, пока не ясно.
И так как же мы получили плаценту? Если быть совсем точным, то ни мы, ни наши обезьяньи предки плаценту не получили. Плаценту получил общий предок млекопитающих, когда мы пошли другой эволюционной дорогой, чем сумчатые животные. И со временем по наследству получили плаценту и мы.
Когда древний ретровирус находил подходящего хозяина, он объединял свою мембрану с мембраной хозяина, чтобы слиться воедино. В этом ему помогал белок синцитин. После слияния с клеткой, он внедрял свой геном, включая отвечающий за слияние ген, производящий синцитин, в геном хозяина. Но однажды вечером, хотя это могло бы быть и утро, или ночь, все пошло не по плану, и клетка перехватила инициативу, использовала ген сама, и организм начал использовать синцитин в своих нуждах. Вирус не смог успешно инфицировать. Как говорится, не повезло, не фортануло.
В процессе эволюции предки млекопитающих вырастили плаценту, а древний ретровирус стал лишь тенью самого себя — встроенным ретровирусом. Соединяя клетки матери и клетки эмбриона, плацента может передавать эмбриону питательные вещества и выводить отходы. Ретровирусы неоднократно инфицировали млекопитающих на протяжении всей их эволюционной истории, поэтому у разных групп млекопитающих часто встречаются разные синцитины, происходящие от разных ретровирусов.
Примерно 25 миллионов назад от прадеда всех ящериц откололась одна ветвь — ящерица мабуя (Scincidae). А примечательны они были тем, что были живородящими, тогда как большинство рептилий откладывали и откладывают до сих пор яйца, покрытые твердой оболочкой. А рожать живых детенышей они смогли из-за вируса, который наследил в ДНК мабуя. Тот же самый вирус оставил в наследство плаценту и им. Без этого вирусного гена плацента в самках не развивается, ученые подтвердили это на мышах. То есть вирус вырастил нам целый орган! Так что, если выиграете какую-нибудь награду, не забудь поблагодарить семью, коллег, друзей и вирусы!
Плацента — не единственный пример работающих ретровирусов.
Зародышевые клетки известны своей множественной силой и потенциалом развиваться в любой вид клеток: костей, мышц, нервов, крови, кожи и т.д. А могут они это потому, что встроенный ретровирус производит особенный подвид РНК-молекулы, пока эти молекулы производятся, клетка многопотенциальна. Другие встроенные ретровирусы регулируют активность генов и тем самым контролируют процессы в организме. Например, наш организм использует фермент амилазу для расщепления углеводов, таких как крахмал, который мы получаем с пищей. Амилаза производится в двух местах: в поджелудочной железе и во рту, выделяясь со слюной. Так вот, встроенный ретровирус активирует выделение амилазы в слюнных железах через промотер. Промотер — область ДНК, в которой начинается транскрипция гена, где начинают из ДНК делать РНК для последующего образования белка.
Как видно из вышеперечисленного, ретровирусы теперь служат на благо хозяина. В плаценте и развивающемся эмбрионе можно встретить еще один белок — супрессин, доставшийся нам от встроенного ретровируса. Похожий белок можно найти во внешних оболочках других вирусов. Из-за схожести белков супрессин блокирует проникновение ретровирусов в клетки, поскольку он связывается с рецепторами на внешней мембране клетки, которые сами вирусы использовали бы для проникновения в клетку. Если объяснить на пальцах, то супрессин — это ключ, который оставили в замке. Если в дверь вставить похожий ключ, он не сможет открыть дверь, так как оставленный ключ будет ему мешать. Так ретровирус не сможет проникнуть в эмбрион. Исследователи полагают, что первоначально супрессин использовался для предотвращения заражения ретровирусами эмбрионов, которые имеют очень слабую иммунную систему.
На данный момент насчитывается около 1500 потенциальных встроенных ретровирусов. Некоторые производят белки (супрессин, синцитин), некоторые РНК (как в зародышевых клетках). Новые исследования говорят о том, что некоторые помогают иммунной системе нацеливаться на раковые клетки. Для здорового существования очень важно, чтобы гены включались и выключались в точной последовательности, а встроенные ретровирусы могут это контролировать. Без них ни одно животное, включая человека, не существовало бы в своем нынешнем виде. Но хотя они могут защищать нас от болезней, было бы неудивительно, если бы некоторые встроенные вирусы также были ответственны за негативные последствия.
А как же сейчас? Внедряются ли современные ретровирусы в наши зародышевые клетки? К счастью, нет, последние несколько тысяч лет нет никаких свидетельств появления новых встроенных ретровирусов. А вот коалам повезло меньше. Они подвергаются нашествию ретровируса коалы, ДНК которого обнаруживается в некоторых популяциях коал, но не в других. Ученые с особым интересом наблюдают за эволюцией и "вторжением генома в режиме реального времени".
Единственное, что вызывает смутные сомнения и переживания, это тот факт, что встроенные вирусы у мышей и куриц могут инфицировать другие клетки организма и вызывать заболевания, а вот у людей не могут. И это, наверное, лишь вопрос времени, когда в очередных несуществующих биолабораториях самая миролюбивая военная организация в мире не найдет способ, как это исправить.
В итоге мы вовсе не мы, на 8% мы вирусы, на 2% — неандертальцы и денисовцы. Мы — мозаика из генов.
Источники:
Cornelis, Guillaume, et al. "An endogenous retroviral envelope syncytin and its cognate receptor identified in the viviparous placental Mabuya lizard." Proceedings of the National Academy of Sciences 114.51 (2017): E10991-E11000.
bbcточкаcom/future/article/20230519-the-viruses-that-helped-to-make-you-human
Lee, Adam, et al. "Identification of an ancient endogenous retrovirus, predating the divergence of the placental mammals." Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 368.1626 (2013): 20120503.
#Биология@inbioreactor
#Микробиология@inbioreactor
#Заметка@inbioreactor
Текст: #Дикарева@inbioreactor
Редактура: #li_za_ve@inbioreactor
#Наука #Научпоп