Согласно новому исследованию, противовирусный белок в организме человека и других приматов вызывает взрыв генетических мутаций, которые, возможно, ускорили эволюцию нашего вида.
«В каком-то смысле, это страшно», — говорит Келли Харрис (Kelley Harris), генетик в Стэнфордском университете (Stanford University) в Пало-Альто, штат Калифорния. «Случайные мутации часто вредны. Но у них может быть положительная сторона: эти изменения также „обеспечивают сырье для эволюции“, что может позволить людям придумать лучшую противовирусную защиту, говорит она. — В этой статье не доказывается, что для людей полезно, чтобы мутировала их ДНК, когда они заражены вирусами, но это интересная возможность».
С глубокой древности, вирусы, вставляя свой генетический материал в геномы своих хозяев, заставляют механизмы клетки создавать ещё один вирус. Сегодня наши геномы наполнены этими чужаками, ретровирусами и мобильными генетическими элементами, но многие из них сейчас просто сидят там спокойно, уже неспособные создать дополнительные копии самих себя. Причина в том, что в наших организмах имеется группа белков, которые вызывали мутации ДНК. Эти так называемые белки APOBEC ищут определённые комбинации «букв», которые составляют ДНК (так называемые основания), и, в ДНК вирусного происхождения, химически преобразовывают цитозин (C) в урацил (U). Такое изменение генетического алфавита от C к U может привести к повреждению гена (урацил является нормальным основанием в составе РНК, однако он несвойственен для ДНК; впоследствии ДНК «чинит» сама себя, заменяя урацил на тимин (T), но мутация уже есть, ведь изначально был цитозин).
В 2012 году учёные обнаружили, что некоторые белки APOBEC делают то же самое в некоторых раковых клетках. «Вы можете увидеть, что они очень активны и сильно влияют на ДНК в опухоли, вызывая множество мутаций, которые могут вызвать дальнейший неконтролируемый рост клеток», — говорит Алон Кинан (Alon Keinan), вычислительный биолог в Корнельском университете (Cornell University). Поскольку эти раковые клетки являются частью лёгких, почек, печени, или других органов, мутации влияют только на эти ткани. Но если белок APOBEC активен в клетках зародышевой линии, которым суждено стать яйцеклетками и сперматозоидами, то эти мутации могут повлиять на будущие поколения и в конечном итоге изменить ход эволюции.
Чтобы увидеть, как это происходит в случае с одним из белков APOBEC, а именно APOBEC3G, Эрез Леванон (Erez Levanon), вычислительный биолог университета имени Бар-Илана (Bar-Ilan University) в Рамат-Гане, Израиль, связался с Кинаном, команда которого сравнивает геномы с целью понять закономерности эволюции. Группа сравнила геномы современного человека, денисовского человека, неандертальца и шимпанзе с геномами мыши, макаки-резус и орангутана, чтобы найти в геномах человека и шимпанзе места с необычной концентрацией замен цитозина на другое основание. Они сосредоточились только на изменениях в участках ДНК, где находятся предпочтительные цели белка APOBEC3G. Например, одна из таких целей — серия из трёх C подряд, поскольку белок APOBEC3G часто заменяет третье C на другое основание.
В общей сложности, исследователи обнаружили около 37 000 мутаций в 10 000 кластерах в геномах шимпанзе и человека, которые, по их мнению, были вызваны этими белками, как сообщается в журнале Genome Research. Многие из кластеров расположены в ключевых местах в геноме, таких как участки, отвечающие за регуляцию активности генов или белок-кодирующие части генов. Например, более 33% замен оснований, которые они нашли в кодирующих участках, также изменяют свой продуцируемый белок. Многие другие замены, вероятно, произошли в генеративных линиях в процессе эволюции этих видов, вредные, вероятно, исчезли, в то время как те, которые давали некоторое преимущество, сохранялись. «Это показывает, что этот примат-специфический противовирусный механизм также привёл к формированию наших геномов и геномов наших родственников», — говорит Кинан.
«Удивительно видеть это влияние на геномы приматов» — говорит Джеффри Кидд (Jeffrey Kidd), генетик из Мичиганского университета (University of Michigan), Анн-Арбор. «Это заставляет нас понять, что ничто не даётся бесплатно», и платой за механизм, который препятствует вирусной ДНК, являются нарушения в нашей собственной ДНК, — добавляет он. — Это поднимает вопрос о том, как вырабатывается этот баланс».
Существуют родственные белки, которые могут аналогичным образом вызывать мутации. «Это может быть только верхушкой айсберга», — предполагает Кинан. Он и его коллеги теперь вычисляют, какой процент от генетических изменений, сделавших нас людьми, были вызваны белками APOBEC.