Исследование, проведённое совместно Медицинской школой Массачусетского университета (University of Massachusetts Medical School) и Квинслендским университетом (University of Queensland), выявило ранее неизвестный тип иммунной реакции у коалы.
Коалы используют особую систему генетической защиты — они борются с инфекцией с помощью ретровирусов. Эта система была обнаружена учёными, специализирующимися на ретровирусе коалы (KoRV-A). Подобный генетический ответ контролирует выработку вируса в зародышевой линии коалы. Механизм, ранее не замеченный учёными, похож на иммунный ответ, хорошо изученный у млекопитающих.
Ретровирусная инфекция зародышевой линии происходила многократно в процессе эволюции, но редко в масштабе между поколениями. Уильям Тюркауф (William Theurkauf), автор исследования, говорит: «Инфекция ретровирусом коалы (KoRV-A) зародышевой линии коалы происходит сейчас и позволяет взглянуть на эволюцию генома в реальном времени».
Инфицирование KoRV-A ассоциируется с синдромом иммунодефицита коалы (Koala Immune Deficiency Syndrome, KIDS), он делает коал более восприимчивыми к инфекциям и раку. Хотя вирус распространяется между отдельными животными (так называемая горизонтальная инфекция), он также инфицирует зародышевые клетки, производящие сперму и яйцеклетки, и передаётся в унаследованном геноме. В результате коалы рождаются с патогеном в составе генетического материала (вертикальная инфекция).
В процессе эволюции неоднократно случалось, что ретровирусы заражали зародышевую линию и в настоящее время они составляют 8 % генома человека. 20 000 генов, кодирующих белки, составляют лишь 1,5 % от 3 миллиардов нуклеотидов во всём геноме человека. Эндогенные ретровирусы, внедряясь в организм, могут способствовать развитию заболеваний, поскольку способны влиться в геном и дестабилизировать его. Однако генетические вторжения не лишены преимуществ. У млекопитающих ретровирусы используются в процессах, необходимых для нормального развития. Примечательно, что ген, необходимый для развития плаценты, получен из ретровирусного гена.
«То, что мы нашли у коал, это путь, пройденный каждым организмом на планете. Животные заражаются ретровирусами, попадающими в зародышевые клетки. Эти вирусы размножаются и внедряются в геном зародыша, изменяя организацию и функцию генома хозяина, и этот процесс продолжается до тех пор, пока хозяин не приручит захватчика. В конце этого инфекционного цикла хозяин меняется», — говорит Чжипин Вэн (кит. 翁志萍, англ. Zhiping Weng), соавтор исследования.
Хотя вирусная инфекция зародышевых клеток способствовала эволюции современных млекопитающих, вопрос о том, как клетки-хозяева реагируют на новый патоген, остаётся загадкой. «Ранее считалось, что уровень вирусных элементов контролировался только в процессе естественного отбора, — говорит Кит Чаппелл (Keith Chappell), ещё один соавтор исследования. — Теперь мы знаем, что внутри зародышевых клеток есть пути активного сопротивления захватчикам».
Результаты совместной работы учёных свидетельствуют о том, что зародышевые линии соединяют в последовательность «врождённые» и «адаптивные» иммунные реакции генома. Этот процесс аналогичен инфицированию организма вирусами или бактериями. Во-первых, врождённая иммунная система распознаёт общие черты, общие для многих патогенов, и не встречающиеся в клетках хозяина. Такая первоначальная реакция не очень эффективна, но позволяет держать захватчиков под контролем, пока адаптивная иммунная система вырабатывает антитела, направленные непосредственно против патогена.
Исследования последних 15 лет показали, что особый класс малых РНК, антисмысловые пиРНК, функционируют как геномные антитела и очень эффективно направлены против вирусов, входивших в зародышевые линии в прошлом. ПиРНК управляют распознаванием вирусных РНК посредством антисмысловой последовательности.
Исследования KoRV-A показывают, что новые захватчики вирусов вызывают чёткий, врождённый ответ, это важный шаг в цикле репликации вируса.
Большинство генов прерываются спейсерными областями, интронами. Когда ген транскрибируется в РНК, интроны удаляются для получения функциональной матричной РНК, из которой может образоваться белок. Ретровирусы также имеют интроны, подлежащие удалению (сплайсированные), для образования белка, создающего оболочку вокруг частицы вируса. Однако вирус также производит несплайсированные РНК, содержащие интроны. Несплайсированные РНК необходимы для репликации вирусов и инфицирования.
Исследования KoRV-A показывают, что зародышевые клетки распознают вирусоспецифические, несплайсированные расшифровки и направляют их в особый класс смысловых пиРНК, подавляя сборку вирусных частиц.
«Клетки распознают несплайсированную последовательность как вирус, а не как ген, и обеспечивают первоначальную защиту», — говорит Тюркауф.
В конечном счёте, понимание того, как работает эта врождённая реакция защиты генома, может помочь учёным разработать новые стратегии борьбы с заболеваниями, вызванными ретровирусами, включая KoRV-A.