Jak dávné retroviry zaplavily naše genomy

Asi ne každý se snadno smíří s představou, že přes 90 % genomu savců vlastně nemá žádnou známou funkci. Čas od času vypukne povyk, že některé úseky nekódující DNA jsou převelice významné a že je všechno úplně jinak, stále to jsou však jen kapky ve velikém moři nesmyslného breptání genetického šumu. Ať se nám to líbí anebo ne, naprostá většina savčího genomu zůstává genetickou „temnou hmotou" různého původu. 8 až 10 % naší DNA přitom očividně pochází od pradávných virů. Jsou to nefalšované molekulární fosilie virových infekcí, které osídlily předky dnešních savců před velice dlouhou dobou. Tito potomci virů, takzvané endogenní retroviry, se nakonec stali starousedlíky a jsou už celé věky přenášeni z rodičů na děti při bouřlivém savčím rozmnožování. Je fascinující, jak se na utváření naší vlastní genetické výbavy podílejí maličké a absolutně odlišné entity, které sledují vlastní, nepochybně naprosto sobecké zájmy.

Na osud endogenních retrovirů v genomu savců si nedávno detailně posvítili Gkikas Magiorkinis z katedry zoologie na Oxfordu jeho kolegové z newyorského Aaron Diamond AIDS Research Center a belgické Katolické univerzity v Lovani. Zajímalo je, jak se vlastně potomci dávných, divokých a nezávislých virů mohli v našich genomech tak neuvěřitelně namnožit. Badatelé pečlivě prohledali dostupné genomy savců, kterých měli k dispozici celkem 38, od netopýrů až po delfíny. Postupovali při tom cestou in silico, tedy s využitím hrubé výpočetní síly počítačů. Postupně sesbírali množství dat o zabydlených endogenních retrovirech a ta pak dále prohnali lstivými matematickými modely.

Magiorkinis se s kolegy nejprve soustředil na jednu linii endogenních retrovirů, známou jako IAP (Intracisternal A-Particles). Tyhle retroviry pronikly do genomu hlodavců a dalších savců jenom před několika málo miliony let. To je na poměry endogenních retrovirů vlastně skoro včera a proto je u nich možné stále ještě stopovat zásadní události průniku do hostitelských genomů. Některé z nich například ještě stále vlastní gen env, tedy gen kódující protein vytvářející virový obal, který jejich předci potřebovali k průniku do nových hostitelských buněk. Mohou si tudíž také ještě stále hopsat mezi buňkami, zatímco ostatní ho už nemají a jsou uvězněni v jednom jediném genomu. Porovnání výskytu endogenních retrovirů linie IAP u 18 druhů savců ukázalo, že právě IAP bez genu env se dovedou rozlézt po genomech mnohem intenzivněji, než příbuzné IAP, které doposud o gen env nepřišly.

Zároveň se ukazuje, že to takhle nefunguje jenom u endogenních retrovirů IAP. Porovnání výskytu různých skupin endogenních retrovirů ze savčího genomu přineslo stejný obrázek. Když určitá linie těchto virů ztratila schopnost nakazit další buňky, vedlo to posléze ke zhruba třicetinásobnému zvýšení její početnosti v savčím genomu, čímž přečíslila jiné linie usídlených virů. Magiorkinis a spol. u nich vždy vystopovali ztrátu genu env. Genetický materiál takových virových super-šiřitelů neztrácí schopnost množit sám sebe, zároveň jakoby ale dostal superschopnost šířit se po genomu hostitele. Celý jejich životní cyklus proběhne uvnitř jednotlivých buněk a zjevně si to dovedou skvěle užít. Epidemiologům to připomnělo propuknutí epidemií infekčních nemocí, kdy je často za většinu nových infekcí zodpovědná jen malá část již nakažených osob, čili „super-šiřitelé" dotyčné infekce. Je to vlastně pěkný příklad obecného Paretova principu, podle nějž 80 % důsledků pramení ze 20 % příčin. Magiorkinis k tomu podotýká, že temná hmota v savčích genomech očividně hraje podle vlastních pravidel, stejně jako to dělají zárodky infekčních nemocí při epidemiích, jen je její hřiště rozprostřené v čase a zasahuje hluboko do dávné minulosti.

Jak to, že ztráta jednoho genu může mít tak zásadní důsledky? Viry jsou obvykle tak jednoduché, že každý jejich gen nevyhnutelně hraje velmi významnou roli. Zároveň je možné, že produkt genu env nějakým způsobem poškozuje kondici hostitele. Buď mu vadí, když virus pronikne do velkého počtu buněk anebo může například přímo oslabovat imunitní systém. Když endogenní retroviry takový gen ztratí, mají rázem lepší vyhlídky na dlouhou kariéru a na přenos do dalších generací skrz potomstvo hostitele. Také je možné, že šíření uvnitř genomu je prostě pro virus tohoto typu efektivnější. Nepotřebuje přežívat v okolním prostředí ani se bránit útokům imunitního systému hostitele. Stačí mu jenom zlomit odpor obsazené buňky a to podle všeho není takový problém. Ať už je ale bezprostředním důvodem cokoliv, strategie endogenních retrovirů bez genu env je bezesporu úspěšná. Jsou našimi genomovými pasažéry miliony a miliony let a dnes je najdeme v prakticky každém genomu savce.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Originální studie: G. Magiorkinis et al. Env-less endogenous retroviruses are genomic superspreaders. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012

Připraveno podle: PhysOrg: Study reveals how ancient viruses became genomic 'superspreaders'

Další zdroje:

Wellcome Trust News 24.4. 2012, Discover Magazine 24.4. 2012.

Obrazové přílohy:

Endogenní retroviry u primátů. Kredit: Helmholtz Zentrum München.

Život retrovirů. Kredit: Stoye 2012, Macmillan Publishers Ltd.