病毒被证明是人类进化的主要驱动力

长期以来，病原体与其宿主之间的持续斗争一直被认为是进化的关键驱动力，但直到现在，科学家们还没有工具在全球范围内跨物种和基因组研究这些模式。在2016年7月的《每日科学》报道了《Genetics Society of America》发表的“病毒被证明是人类进化的主要驱动力的文章”介绍了一项美国国立卫生研究院（NIH）R01GM089926和R01GM097415资助的研究。这项研究追踪了数百万年来蛋白质的适应性，得出了与当今病毒抗争相关的见解。研究人员应用大数据分析来揭示病毒对人类和其他哺乳动物进化的全面影响。这项研究首次证明病毒对适应有强烈的影响。

这项研究发现，是病毒驱动人类与黑猩猩的分化，人类所有蛋白质有30%与病毒造成的适应性有关。结果显示，与其他蛋白质相比，病毒相互作用蛋白质中发生适应性的频率是其他蛋白质的三倍。这项研究发表在《eLife》杂志上，并在7月14日由美国遗传学协会主办的联合遗传学会议上发表。

斯坦福大学的博士后研究员David Enard博士和该研究的第一作者说“当你在进化过程中的某个阶段出现大流行或流行病时，病毒所针对的人群要么适应，要么灭绝。我们知道这一点，但真正令我们吃惊的是我们发现的模式的力量和明晰”。”

蛋白质具有大量的功能，使我们的细胞不断运转。以前关于病毒和蛋白质相互作用的研究几乎只关注直接参与免疫反应的单个蛋白质——这是发现由病毒驱动的适应的最合乎逻辑的地方。这是首次对所有类型的蛋白质进行全面研究。通过揭示蛋白质形状和组成的微小变化如何帮助人类和其他哺乳动物对病毒做出反应，这项研究可以帮助研究人员找到对抗当今病毒威胁的新治疗线索。

该研究的资深作者德米特里·彼得罗夫（Dmitri Petrov）博士、米歇尔和凯文·道格拉斯（Kevin Douglas）生物学教授兼斯坦福大学生物系副主任说：“我们正在了解细胞的哪些部分过去曾被用来对抗病毒，可能对机体没有有害影响。”这将使我们对压力点有一个深入的了解，并帮助我们找到蛋白质来研究新的治疗方法。”

“这方面的重大进展是，不仅是适应病毒的非常特殊的免疫蛋白质，”埃纳德说几乎所有与病毒接触的蛋白质都可以参与对病毒的适应。结果表明，免疫反应之外的适应性至少与免疫反应内部的适应性一样强。”

研究小组的第一步是鉴定所有已知与病毒发生物理作用的蛋白质。在仔细审阅了数万份科学摘要后，埃纳德将该列表筛选到约1300种感兴趣的蛋白质。他的下一步是建立大数据算法来搜索基因组数据库，并将病毒相互作用蛋白质的进化与其他蛋白质的进化进行比较。

彼得罗夫说：“我们都对我们和其他生物是如何进化的，以及使我们成为今天这个样子的压力感兴趣。”这场与病毒的持续斗争在各个方面塑造了我们——不仅仅是对抗感染的少数蛋白质，还有一切——这一发现意义深远。所有生物体都与病毒共存了数十亿年；这项工作表明，这些相互作用影响了细胞的每个部分。”

病毒劫持宿主细胞的几乎所有功能以进行复制和传播，因此，与其他进化压力（如捕食或环境条件）相比，病毒将在更大程度上推动细胞机制的进化是有道理的。这项研究揭示了一些由来已久的生物学奥秘，例如为什么近亲物种进化出不同的机制来执行相同的细胞功能，如DNA复制或膜的产生。研究人员以前不知道是什么进化力量导致了这种变化。”这篇论文是第一篇有足够大和干净的数据，能够一次性解释许多这些难题的论文，”彼得罗夫说。

该研究小组目前正在利用这些发现，深入挖掘过去的病毒流行，希望获得有助于抗击当今疾病的见解。例如，在整个进化史中，HIV样病毒在多个点上席卷了我们祖先的种群以及其他动物物种。通过观察这些病毒对特定人群的影响，可以对我们与病毒的持续战争产生新的认识——以及我们如何赢得下一场大战。

研究原文：David Enard, Le Cai, Carina Gwennap, Dmitri A Petrov. Viruses are a dominant driver of protein adaptation in mammals. eLife, 2016; 5 DOI: 10.7554/eLife.12469