是敌是友?病毒改变人类基因组!

人类基因组中的活跃病毒基因

病毒感染宿主后,将自己的遗传信息永久留在宿主体内,成为宿主基因组的一部分。这听起来很诡异也很不可思议。更不可思议的是,归属宿主后的病毒竟然还会帮着宿主抵抗自己的祖先。包括人类在内的很多动物都曾邂逅大量这样的病毒,并与其合体走过数百万年的进化历程。

这些与人俱进的远古“余孽”被称作“HERV”,即“人类内源性逆转录病毒,于数百万年前通过对人类祖先的感染而留存,并靠着自己无与伦比的复制能力,成为人类的一部分。HERV作为逆转录病毒,必须将自己的遗传物质插入宿主基因组中才能复制(就像HIV那样)。

通常这类病毒遗传物质不会代代相传,但某些古老的先驱获得了感染生殖细胞(卵子和精子)的能力,然后在数百万年的繁衍过程中融入人类DNA,并可能影响现代研究人员对的疾病筛查和检测。

病毒以原病毒的形式将自身基因组插入宿主。现知人类体内约有30种不同的HERV,这意味着人类基因组共有超过60000个前病毒。夸张的数字展现了人类进化过程中遭遇流行病的数量之多,历史之悠久。科学家认为,这些病毒曾广泛感染,因为它们不仅成为了人类的一部分,还嵌入黑猩猩、大猩猩以及其他灵长类动物的基因组。

经过对来自近千名捐赠者的54个健康组织的大规模基因分析,结果显示,每个组织样本均有病毒存在,总计37种HML-2原病毒仍然活跃着。此外,每个组织样本至少包含一个仍能产生病毒蛋白的原病毒的遗传物质。

“海量古代病毒仍存在于人类基因组甚至能产生蛋白质”的事实引发科学界广泛关注。要知道HIV可就是以这种形式制造艾滋病的,鼠乳腺瘤病毒同样能成为宿主的一部分并导致乳腺癌。

已有科学家在癌细胞里发现了来自HML-2的病毒样颗粒,而且患病组织内HERV遗传物质的存在与肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化症甚至精神分裂症等疾病有关。

古老病毒DNA或能防止现代病毒感染
根据一项新的研究,人类基因组中的病毒DNA是在古代感染病毒时嵌入的,可以作为抗病毒剂,保护人类细胞免受某些现代病毒的侵害。相关研究结果发表在2022年10月28日的Science期刊上。

以前的研究已表明,小鼠、鸡、猫和羊的基因组中的古老病毒DNA片段---内源性逆转录病毒---通过阻止源自体外的现代病毒进入宿主细胞而对它们产生免疫力。尽管这项新的研究是在实验室中利用体外培养的人类细胞开展的,但它表明内源性逆转录病毒的抗病毒作用很可能对人类也存在。内源性逆转录病毒约占人类基因组的8%---至少是构成蛋白编码基因的DNA数量的四倍。

这项新的研究很重要,因为进一步的研究可能会发现一系列天然抗病毒蛋白,导致没有自身免疫副作用的治疗。它揭示了可能存在一种基因组防御系统,这种防御系统尚未被鉴定,但可能相当广泛。这一结果显示,在人类基因组中,我们有一个蛋白库,有潜力阻止广泛的病毒。