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共生的特点是相互依存,最终互为一体,不分你我。文章认为是病毒变节成为人类的朋友,帮助人类抵抗其他病毒的侵害。肠道内的细菌也同样和人体具有共生关系。共生是进化过程中比较奇特的现象,其实也是非常普遍的现象。真核细胞就被认为是细菌和古菌的共生体。如此说来,我们地球上比较复杂的高等生物人类和动物植物真菌等全部都是共生体。更重要的是,高等生物和病毒细菌真菌在不同进化阶段,仍然相互交换基因,或者相互依存形成共生关系。更广泛意义上来说,人类的宠物如狗和金鱼,人类驯化出的牛羊和一切农作物。都是和人类形成的共生关系。最新发现是,病毒可以被基因组驯化成抗病毒工具,那么我们完全可以预测,未来人类完全能利用这种技巧,实现预防某些致命病毒感染的基因药物。
Ancient virus may be protecting the human placenta | Science | AAAS
大约3000万年前,一种病毒感染了我们的灵长类祖先,其中一个基因被留在了基因组中。随着时间的推移,这种病毒基因变成被“驯养”的基因共生体,而且病毒也有了自己的职责。这种病毒能通过阻止其他病毒进入细胞来帮助灵长类动物抵抗病毒。这种被称为抑菌syn (SUPYN)的病毒今天仍然存在于人体,而且它仍然在帮助我们:一项新的研究表明,这种病毒的叛徒可能帮助胎盘保护胚胎免受病毒感染。
“这是一个由强有力的实验支持的美丽故事,”科罗拉多大学博尔德分校的进化生物学家朱利亚·帕斯克西(Giulia Pasquesi)说,她没有参与这项工作。她说,找到更多这样的病毒基因,可能会帮助我们利用或增强我们固有的抗病毒特性,而不需要开发新的药物或疫苗。“我们的基因组中已经有了所有这些元素。”
将其遗传物质嵌入我们基因组的病毒被称为逆转录病毒。艾滋病毒可能是最著名的例子;一旦融入我们的基因,它就会劫持我们身体的细胞机制,产生更多的病毒。如果它们感染了精子细胞或卵母细胞(卵子的前体),它们的基因就会成为我们DNA的一部分,并可以遗传给我们的后代。
一旦病毒DNA片段嵌入我们的基因组,它就被称为内源性逆转录病毒(ERV)。(艾滋病就是一种逆转录病毒)大约8%的人类基因组由ERV序列组成,这些序列自从数百万年前感染了人类祖先以来就被困在了我们的DNA中。随着时间的推移,这些基因已经失去了它们最初的病毒功能,但这并不意味着它们无用。
为了找出哪些ERV可能仍然活跃在人体内,康奈尔大学的分子生物学家Cedric Feschotte和他的同事扫描了人类基因组,寻找他们怀疑可能编码蛋白质的ERV序列。他们发现了1507个这样的序列,其中大约一半似乎在人类组织中起作用。
一种ERV出现在一种名为抑菌syn (SUPYN)的人类基因中,这种基因编码胎盘和早期人类胚胎中产生的一种蛋白质。SUPYN与细胞表面一种叫做ASCT2的受体结合,这是另一种来源于erv的叫做合胞素的蛋白质用来在细胞之间形成连接的受体。在它以前作为逆转录病毒的生命中,合胞体蛋白可以与细胞膜融合进入细胞;它的现代形态使胎盘在胎儿发育过程中通过融合细胞而形成。
如果没有它,胎盘的进化可能是不可能的。波士顿学院的病毒学家威尔金·约翰逊说:“你可以说,没有逆转录病毒就没有哺乳动物。”“就好像生命不会像现在这样进化。”
但ASCT2也是哺乳动物的阿喀琉斯之踵。被称为D型逆转录病毒的病毒利用它绕过细胞防御,潜入细胞,在许多动物(包括非人灵长类动物)中引起各种疾病。(不过,目前已知没有一种病毒会感染人类)。Feschotte说,如果早期动物没有办法保护自己不受这些逆转录病毒的感染,这可能会给它们带来重大挑战。保护胎盘尤其重要,因为在胚胎发育早期感染的逆转录病毒可以进入精子和卵细胞。
当Feschotte和他的同事实验性地用逆转录病毒感染人类胎盘细胞时,他们发现SUPYN通过阻断ASCT2受体与病原体竞争,使病毒无法进入细胞。研究人员今天在《科学》杂志上报告称,当检测到病毒时,细胞似乎会启动SUPYN,这表明它编码了一种抗病毒蛋白质。
约翰逊指出,尚不清楚SUPYN是否真的能阻断人体内的任何病毒:尽管D型逆转录病毒可以感染猕猴和其他灵长类动物,但它们似乎都不会感染人类。作者“已经有了手段和动机;问题在于机会,”他说。“这都是联想带来的负罪感。”
尽管如此,约翰逊还是称赞了这篇论文。他指出,SUPYN的进化有可能是为了阻止一种已经灭绝的病毒,也有可能是它太擅长这项工作了,以至于阻止了敌人的病毒获得立足之地。
:这个研究是否给人类抗病毒带来新思路,我们能否学习病毒这种抗病毒的技巧,预防某些致命病毒感染人类。
Pasquesi补充说,在技术上令人印象深刻的是,作者设法弄清楚这些逆转录酶病毒是使用哪种受体进入细胞的。她目前正在进行一项类似的研究,在人类基因组中绘制驯化的erv,并发现了大约30个对人类免疫系统很重要的erv。她说:“我们的身体是如何产生所有这些小抗病毒药物的,这真是令人惊讶。”
Feschotte的团队现在计划研究他们发现的其他几十种活性逆转录病毒。他指出,尽管Suppressyn被认为是一种功能性人类基因,但他们发现的其他活性erv中99%看起来都像不重要的垃圾DNA——但外表可能具有欺骗性。“这是潜在蛋白质的宝藏,”他说。“这些宝藏至少有可能在医学、生理学或发展方面发挥有趣的作用。”
Evolution and antiviral activity of a human protein of retroviral origin | Science
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