Περιεχόμενα
Οι σαύρες Mabuya που ζουν στα βουνά των Άνδεων της Κολομβίας δεν είναι σαν τα άλλα ερπετά. Ενώ η πλειονότητα των ερπετών γεννά αυγά με σκληρό κέλυφος, ορισμένα είδη Mabuya γεννούν μικρά. Το σημαντικό είναι ότι οι μητέρες έχουν πλακούντες, εξειδικευμένα δηλαδή «όργανα» για τη διατροφή των αναπτυσσόμενων μικρών μέσα στο σώμα τους.
Χάρη στο ιό ανέπτυξαν τον μηχανισμό του πλακούντα
Οι πλακούντες συνδέονται συχνότερα με θηλαστικά όπως τα ποντίκια και φυσικά οι άνθρωποι, ως θηλαστικά. Υπάρχουν ωστόσο είδη ζώων, που έχουν επίσης εξελίξει πλακούντες. Το 2001, οι ζωολόγοι Martha Patricia Ramírez-Pinilla και Adriana Jerez του Βιομηχανικού Πανεπιστημίου του Santander στην Bucaramanga της Κολομβίας, αποκάλυψαν ότι οι σαύρες Mabuya έχουν εξαιρετικά προχωρημένους πλακούντες, όχι πολύ διαφορετικούς από τους δικούς μας.
Παράδοξο μεν για ερπετό, το οποίο γεννά συνήθως δερματώδη αυγά, η πραγματική αποκάλυψη δε, ήρθε 16 χρόνια αργότερα, όταν ο Ramírez-Pinilla συνεργάστηκε με τον γενετιστή Thierry Heidmann του Gustave Roussy στο Παρίσι της Γαλλίας και τους συναδέλφους του, ανακαλύπτοντας πως οι σαύρες έχουν ένα γονίδιο που είναι απαραίτητο για το σχηματισμό του πλακούντα και ότι αυτό το γονίδιο προέρχεται από έναν ιό.
Μέσα στα τελευταία 25 εκατομμύρια χρόνια, οι πρόγονοι των σαυρών μολύνθηκαν από έναν ιό που ενσωμάτωσε μέρος του δικού του DNA στο γονιδίωμά τους. Αλλά αντί να τις βλάψουν, οι σαύρες κατά κάποιο τρόπο «επέλεξαν» το DNA του ιού και το χρησιμοποίησαν για να αναπτύξουν τους πρώτους πλακούντες τους. Χάρη στον ιό δηλαδή, οι σαύρες εξέλιξαν ένα νέο μηχανισμό.
Όχι και τόσο παράδοξο
Το ασυνήθιστο σε αυτή την ιστορία, ωστόσο, είναι ότι… δεν είναι και τόσο ασυνήθιστο. Περίπου το ένα δέκατο του ανθρώπινου γονιδιώματος προέρχεται από ιούς και αυτό το ιικό DNA έχει παίξει καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξή μας. Κάποια από αυτά ήταν η πηγή του πλακούντα των θηλαστικών. Άλλα κομμάτια εμπλέκονται στην ανοσολογική μας απόκριση ενάντια στις ασθένειες και στο σχηματισμό νέων γονιδίων. Χωρίς ιούς, οι άνθρωποι δεν θα μπορούσαν να είχαν εξελιχθεί.
Οι ιοί είναι τόσο απλοί που πολλοί βιολόγοι δεν τους θεωρούν πλήρως ζωντανούς. Κάθε ιός είναι ουσιαστικά ένα μικροσκοπικό πακέτο γενετικού υλικού. Μπορούν να αναπαραχθούν μόνο μολύνοντας ζωντανά κύτταρα, μετατρέποντας τον μηχανισμό του κυττάρου για να δημιουργήσουν αντίγραφα του εαυτού τους. Αυτός είναι και λόγος που κατά την διάρκεια αυτής της διαδικασίας, συχνά αρρωσταίνουν τους οικοδεσπότες τους.
Ρετροϊοί
Οι ιοί που εισάγουν το δικό τους γενετικό υλικό στο γονιδίωμα του ξενιστή ονομάζονται ρετροϊοί. Ρετροϊός ονομάζεται ο ιός, οποίος έχει ως γενετικό υλικό RNA, και, με την βοήθεια ενός ενζύμου, έχει τη δυνατότητα να το μετασχηματίζει σε DNA.
Η φύση τους έγινε κατανοητή για πρώτη φορά στις δεκαετίες του 1960 και του 1970, αν και ορισμένοι είχαν απομονωθεί δεκαετίες πριν. Μετά από μια πρόταση το 1964, ότι ορισμένοι ιοί μπορεί να αντιγράψουν το δικό τους γενετικό υλικό στο DNA των ξενιστών τους, οι ερευνητές εντόπισαν DNA ιικής προέλευσης στο γονιδίωμα των κοτόπουλων.
Παρά το γεγονός ότι είναι μια μεγάλη και ποικιλόμορφη ομάδα ιών, μόνο τέσσερις ρετροϊοί είναι επί του παρόντος γνωστό ότι μολύνουν τους ανθρώπους. Όλα ξεκαθαρίστηκαν την δεκαετία του ’80, στα ευρήματα κατά τα οποία πιστοποιήθηκε ότι ο ανθρώπινος Τ-λεμφοτροπικός ιός 1 (HTLV-1), προκαλεί μια μορφή καρκίνου, μαζί με τον στενά συνδεδεμένο HTLV-2 και τον ιό της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV) τύπου 1 και 2, που προκαλούν AIDS.
Εάν ένας ρετροϊός μολύνει ένα κύτταρο στους πνεύμονες ή το δέρμα ενός ατόμου, τότε ίσως μιλάμε και για δυσάρεστα αποτελέσματα, αλλά έχει περιορισμένες συνέπειες για την εξέλιξη του είδους μας, καθώς αυτό το DNA δεν μεταβιβάζεται στην επόμενη γενιά. Ωστόσο, μερικές φορές ένας ρετροϊός εισέρχεται στη βλαστική σειρά. Στα κύτταρα δηλαδή που δημιουργούν ωάρια και σπέρμα, όπου το ιικό DNA μπορεί να περάσει στους απογόνους μας. Αυτά τα κομμάτια του ιικού DNA ονομάζονται ενδογενείς ρετροϊοί ή ERV. Αυτά τα κληρονομήσιμα κομμάτια ιικού DNA είναι που μπορούν να αλλάξουν την πορεία της εξέλιξης.
ERV συναντώνται παντού
Η τεράστια κλίμακα των ανθρώπινων ERVs αποκαλύφθηκε όταν δημοσιεύτηκε το πρώτο προσχέδιο του ανθρώπινου γονιδιώματος το 2001. «Αποδείχθηκε ότι υπήρχε μια τεράστια ποσότητα ιικής αλληλουχίας», λέει ο Heidmann. Περίπου το 8% του ανθρώπινου γονιδιώματος αποτελείται από ERV.
Μερικά από αυτά είναι πραγματικά αρχαία. Μια μελέτη το 2013 εντόπισε ένα ERV στο ανθρώπινο χρωμόσωμα 17 που είναι τουλάχιστον 104 εκατομμυρίων ετών και πιθανώς μεγαλύτερο. Αυτό σημαίνει ότι είναι το αποτέλεσμα ενός ιού που μολύνει ένα θηλαστικό βαθιά στην εποχή των δεινοσαύρων τη Γη. Το ERV βρίσκεται μόνο σε θηλαστικά με πλακούντες, επομένως μπορεί να έχει ενσωματωθεί αμέσως μετά τον διαχωρισμό των μαρσιποφόρων θηλαστικών .
Τα ERV δεν περιορίζονται επίσης σε θηλαστικά και ερπετά. «Όλα τα σπονδυλωτά έχουν ενδογενείς ρετροϊούς», λέει η μοριακή ιολόγος Nicole Grandi στο Πανεπιστήμιο του Κάλιαρι στην Ιταλία.
Τα περισσότερα ανθρώπινα ERV δεν είναι μοναδικά για το είδος μας, αλλά μπορούν επίσης να βρεθούν σε τουλάχιστον μερικά άλλα πρωτεύοντα, όπως οι χιμπατζήδες. Αυτό σημαίνει ότι μπήκαν σε γονιδιώματα πρωτευόντων πριν από εκατομμύρια χρόνια, πολύ πριν εξελιχθεί το δικό μας είδος, και στη συνέχεια τα κληρονομήσαμε από τους προγόνους μας πιθήκους.
Ορισμένα ERV βοηθούν το ανοσοποιητικό σύστημα να στοχεύσει τα καρκινικά κύτταρα.
Περιέργως, δεν υπάρχουν στοιχεία για νέα ERV που εισέρχονται στο ανθρώπινο γονιδίωμα τα τελευταία χιλιάδες χρόνια. Οι μόνοι ρετροϊοί, τους οποίους έχει να αντιμετωπίσει το είδος μας είναι ο HTLV και ο HIV, λέει ο Grandi, και κανένας από τους δύο δεν έχει αναφερθεί ότι μολύνει κύτταρα γεννητικής σειράς. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με κάποια άλλα είδη. Τα κοάλα για παράδειγμα, δέχονται εισβολή από τον ρετροϊό κοάλα (KoRV), DNA το οποίο βρίσκεται σε ορισμένους πληθυσμούς κοάλα, αλλά όχι σε άλλους. Οι γενετιστές των κοάλα είναι επομένως σε θέση να παρακολουθήσουν «μια εισβολή γονιδιώματος σε πραγματικό χρόνο».
Προέλευση του πλακούντα
Τα ανθρώπινα ERV αρχικά θεωρούνταν ανενεργές «απολυκτωματικές αλληλουχίες» ή μέρος του «άχρηστου DNA» του γονιδιώματος. Ωστόσο, από κοινού με πολλά υποτιθέμενα ανεπιθύμητα DNA, αποδεικνύεται ότι πολλά ανθρώπινα ERV είναι ενεργά.
Τα πιο μελετημένα ERV στο ανθρώπινο γονιδίωμα ονομάζονται HERV-W, τα οποία περιγράφηκαν για πρώτη φορά το 1999. Κωδικοποιούν πρωτεΐνες, οι οποίες βρίσκονται στον πλακούντα. Ακριβώς όπως στις σαύρες Mabuya, αυτά τα ιικά γονίδια είναι απαραίτητα για να σχηματιστεί ο πλακούντας.
Αυτή η σύνδεση μεταξύ των ιών και του πλακούντα έχει νόημα αν σκεφτεί κανείς τι κάνουν στην πραγματικότητα οι πρωτεΐνες αυτές. Αυτές οι πρωτεΐνες έχουν την ικανότητα να συγχωνεύουν δύο ή περισσότερα κύτταρα σε ένα. Όταν ήταν ιικές πρωτεΐνες, χρησιμοποιήθηκαν από τον ιό για να συγχωνευθούν με την εξωτερική μεμβράνη ενός κυττάρου και έτσι να το μολύνουν. Αυτή η ικανότητα σύντηξης έχει επιλεγεί από τον πλακούντα. Με τη σύντηξη κυττάρων από τη μητέρα και κυττάρων από το έμβρυο, ο πλακούντας μπορεί να μεταφέρει θρεπτικά συστατικά στο έμβρυο και να εξάγει τα απόβλητα.
Και δεν είναι μόνο οι άνθρωποι. Παρόμοιες πρωτεΐνες πρωτεΐνες τέτοιου τύπου, βρίσκονται σε άλλους πιθήκους όπως οι γορίλες. Πιο πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι οι ρετροϊοί έχουν μολύνει θηλαστικά επανειλημμένα σε όλη την εξελικτική τους ιστορία, έτσι διαφορετικές ομάδες θηλαστικών έχουν συχνά διαφορετικές που προέρχονται από διαφορετικούς ρετροϊούς.
Οι ιοί που μας κρατούν υγιείς
Δεν αποτελεί έκπληξη, δεδομένου ότι τα ERV προέρχονται από ιούς. Πολλοί επιστήμονες άλλωστε, ενδιαφέρονται για τον ρόλο τους στην υγεία και τις ασθένειες. Ένα τέτοιο παράδειγμα, περιγράφηκε το 2022 από ερευνητές με επικεφαλής τον Cédric Feschotte, μοριακό βιολόγο και γενετιστή στο Πανεπιστήμιο Cornell, στην Νέα Υόρκη. Η ομάδα προσπαθούσε να βρει ένα παράδειγμα στους ανθρώπους ενός φαινομένου που ήταν ήδη γνωστό σε άλλα ζώα – μερικές φορές, τα γονίδια ERV κωδικοποιούν πρωτεΐνες που μπορούν να επιλεγούν από το ανοσοποιητικό σύστημα και να χρησιμοποιηθούν για την καταπολέμηση άλλων ιών.
Οι ιοί-στόχοι μπορεί να σχετίζονται στενά με τον ιό που προκάλεσε το ERV στην πρώτη θέση ή να συσχετίζονται μόνο σε απόσταση. Ο Feschotte λέει ότι οι αντιικές πρωτεΐνες από τα ERV έχουν μελετηθεί σε ποντίκια, κοτόπουλα και γάτες. «Αλλά από όσο γνωρίζω δεν υπήρχαν τέτοια παραδείγματα στο ανθρώπινο γονιδίωμα», παρατηρεί.
Η ομάδα σάρωσε τα γνωστά ERV στο ανθρώπινο γονιδίωμα και εντόπισε εκατοντάδες αλληλουχίες που θα μπορούσαν ενδεχομένως να κωδικοποιήσουν αντιικές πρωτεΐνες. Στη συνέχεια, μηδενίστηκαν σε ένα γονίδιο που ονομάζεται Suppressyn, το οποίο κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη παρόμοια με αυτές που αποτελούν τους εξωτερικούς φακέλους των ιών. Η πρωτεΐνη Suppressyn εμποδίζει τους ρετροϊούς να εισέλθουν στα κύτταρα, επειδή συνδέεται με υποδοχείς στην εξωτερική μεμβράνη του κυττάρου που οι ίδιοι οι ιοί θα χρησιμοποιούσαν για να εισέλθουν στο κύτταρο. Η Feschotte το συγκρίνει με την εισαγωγή ενός σπασμένου κλειδιού σε μια κλειδαριά, εμποδίζοντας οποιονδήποτε να ξεκλειδώσει την πόρτα.
Το Suppressyn βρίσκεται κυρίως στον πλακούντα και στο αναπτυσσόμενο έμβρυο. Αυτό υποδηλώνει ότι η αρχική του χρήση ήταν για να εμποδίσει τους ρετροϊούς να μολύνουν έμβρυα, τα οποία έχουν πολύ αδύναμο ανοσοποιητικό σύστημα. «Είναι προστατευτικό για τη βλαστική σειρά παρά για τον οργανισμό ως σύνολο», λέει ο Feschotte.
Αλλά πιστεύει ότι τα ERV πιθανότατα κάνουν πολύ περισσότερα στο ανοσοποιητικό μας σύστημα. «Έχουμε 1.500 υποψήφιους», λέει. «Αυτά είναι πολλά γονίδια». Ενώ πολλοί γενετιστές εξακολουθούν να πιστεύουν ότι τα ERV είναι αδρανή ή ελαττωματικά, αυτό είναι παραπλανητικό. «Είναι σε αποσύνθεση, αλλά εξακολουθούν να παράγουν RNA και εξακολουθούν να παράγουν πολλές πρωτεΐνες», λέει ο Feschotte. «Πρέπει να το προσέξουμε καλά αυτό». Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο του 2023 διαπίστωσε ότι ορισμένα ERV βοηθούν το ανοσοποιητικό σύστημα να στοχεύσει τα καρκινικά κύτταρα.
Μας αρρωσταίνουν τα ERV;
Ενώ μπορούν να μας προστατεύσουν από ασθένειες λοιπόν, δεν θα ήταν περίεργο εάν ορισμένα ERV μπορεί επίσης να είναι υπεύθυνα για την παραγωγή αρνητικών επιπτώσεων στην υγεία, αν σκεφθεί κανείς την περίπλοκη σύνθεσή μας, μια και οι άνθρωποι είναι περίπου κατά το 8% του γονιδιώματός φτιαγμένοι από ιούς.
Για τη Feschotte, είναι σημαντικό να σκεφτόμαστε τι ακριβώς κάνουν οι ERV – και δεν το καταλαβαίνουμε πάντα σωστά. «Από τότε που ανακαλύφθηκαν ενδογενείς ρετροϊοί, οι άνθρωποι προσπαθούσαν να τους συνδέσουν με τον καρκίνο», λέει. Αυτό συμβαίνει γιατί αρχικά, που ανακαλύφθηκαν σε ζώα, προκαλούσαν καρκίνο.
Το βασικό σημείο είναι ότι τα ανθρώπινα ERV δεν είναι ικανά να σχηματίσουν ιούς, οι οποίοι στη συνέχεια θα μπορούσαν να μολύνουν άλλα κύτταρα. Έχουν τεθεί υπό έλεγχο από το υπόλοιπο γονιδίωμα, επομένως δεν προκαλούν ιογενείς λοιμώξεις.
Ο ρόλος των ERVs στη νόσο είναι καλυμμένος προς το παρόν. Αλλά αυτό που είναι ξεκάθαρο είναι ότι είναι μια μηχανή εξέλιξης. Με την εισαγωγή νέων κομματιών DNA σε όλο το γονιδίωμά μας, οι ιοί έχουν προκαλέσει τεράστιες αλλαγές στη γενετική μας σύνθεση. Μόλις τοποθετηθούν τα ERV, μπορούν να προκαλέσουν τον διπλασιασμό ή τη διαγραφή τμημάτων DNA – και εάν οι αλλαγές είναι ευεργετικές, εξαπλώνονται. Κανένα ζώο, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, δεν θα υπήρχε στη σημερινή του μορφή χωρίς αυτούς.
Το τελευταίο μάθημα είναι ότι οι άνθρωποι είναι πραγματικά περίπλοκο είδος. Πολλοί από εμάς έχουμε κάποιο DNA, περίπου το 2% του γονιδιώματός μας, από Νεάντερταλ. Ορισμένοι πληθυσμοί έχουν επίσης λίγο DNA από μια άλλη εξαφανισμένη ομάδα ανθρωποειδών, τους Denisovans. Και όλοι μας παίρνουμε περίπου το 8% του γονιδιώματός μας από ιούς.
«Αν σκεφτείς τον κατάλογο των ανθρώπινων γονιδίων, προκύπτει σχεδόν υπαρξιακό ερώτημα», λέει ο Feschotte. Είναι γνωστά περίπου 20.000 γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες και μια συγκρίσιμη ποσότητα του DNA μας προέρχεται από ιούς.
