人類基因組竟有8%是由病毒片段構成的…是敵還是友?

病毒感染宿主後,將自己的遺傳資訊永久留在宿主體內,成為宿主基因組的一部分。

這聽起來很詭異也很不可思議。更不可思議的是,歸屬宿主後的病毒竟然還會幫著宿主抵抗自己的祖先。包括人類在內的很多動物都曾邂逅大量這樣的病毒,並與其合體走過數百萬年的進化歷程。

那麼,此類“基因組內嵌式”的病毒,其來龍去脈究竟如何?對於人體是好是壞?會否像艾滋病毒那樣成為高度威脅呢?

美國塔夫茨大學的研究團隊最近發表論文介紹了他們關於此類病毒的新發現。論文第一作者艾丹·伯恩(Aidan Burn)於《對話》(The Conversation)雜誌撰文科普了相關內容。

人類基因組竟有8%是由病毒片段構成的…是敵還是友?

我們最近發現,人類基因組中竟有8%是由古代病毒片段構成的。

這些與人俱進的遠古“餘孽”被稱作“HERV”,即“

人類內源性逆轉錄病毒

”(human endogenous retroviruses),於數百萬年前透過對人類祖先的感染而留存,並靠著自己無與倫比的複製能力,成為人類的一部分。

HERV作為逆轉錄病毒,必須將自己的遺傳物質插入宿主基因組中才能複製(就像HIV那樣)。通常這類病毒遺傳物質不會代代相傳,但某些古老的先驅獲得了感染生殖細胞(卵子和精子)的能力,然後在數百萬年的繁衍過程中融入人類DNA,並可能影響現代研究人員對的疾病篩查和檢測。

人類基因組中的活躍病毒基因

病毒以原病毒(provirus)的形式將自身基因組插入宿主。

現知人類體內約有30種不同的HERV,這意味著人類基因組共有超過60000個前病毒。

誇張的數字展現了人類進化過程中遭遇流行病的數量之多,歷史之悠久。

科學家認為,這些病毒曾廣泛感染,因為它們不僅成為了人類的一部分,還嵌入黑猩猩、大猩猩以及其他靈長類動物的基因組。

多項研究表明,HERV基因在腫瘤等疾病組織以及人類胚胎髮育過程中都很活躍。但健康組織裡的HERV基因有多活躍呢?我們對此仍不是很清楚。

為回答這個問題,我們實驗室開始聚焦於HML-2病毒。

HML-2是HERV下HERV-K家族中的一個亞群

,於不到500萬年前滅絕。時至今日,人類基因組裡的一些HML-2原病毒仍

保有製造病毒蛋白的能力

為我們提供病毒資訊的資料庫包含來自捐贈者的14000多個組織樣本,而我們的目標則是與基因組內每個HML-2原病毒相匹配的序列。

經過對來自近千名捐贈者的54個健康組織的大規模基因分析,結果顯示,每個組織樣本均有病毒存在,總計37種HML-2原病毒仍然活躍著。此外,每個組織樣本至少包含一個仍能產生病毒蛋白的原病毒的遺傳物質。

HERV對人類健康的影響

“海量古代病毒仍存在於人類基因組甚至能產生蛋白質”的事實引發科學界廣泛關注。要知道HIV可就是以這種形式製造艾滋病的,鼠乳腺瘤病毒同樣能成為宿主的一部分並導致乳腺癌。

那麼HERV的古老殘留會否導致人類疾病呢?學界正探究此問題。

已有科學家在癌細胞裡發現了來自HML-2的病毒樣顆粒,而且患病組織內HERV遺傳物質的存在與肌萎縮側索硬化症、多發性硬化症甚至精神分裂症等疾病有關。

我們的新成果表明

健康組織內也有HERV存在

,這或許意味著,

不能僅憑HERV遺傳物質的存在與否而推斷某種疾病與其相關

另一方面,這似乎

也意味著HERV基因或蛋白質不再是好的藥物靶點

。此前HERV被作為許多潛在藥物的靶點,包括抗逆轉錄病毒藥物、乳腺癌抗體和黑色素瘤T細胞療法等,而新發現告訴我們,如果某項治療手段將HERV基因作為癌症生物標誌物,它還需要考慮一個關鍵因素,那就是HERV在健康組織裡的活性。

HERV甚至

可能對人類有益

。合胞素(syncytin)是一種在人類和其他靈長類動物中發現的融合蛋白,對於胎盤形成至關重要,而它正是由一種HERV基因編碼的。

此外,HERV作為歸屬了宿主的病毒,對於自己的祖源,也就是那些感染宿主的古代病毒,竟有著奇妙的抵抗作用。研究發現,小鼠、貓和羊等動物體內的HERV不光無法利用宿主的機制建立完整病毒,還會在積累足夠多受損片段後,干擾自己祖源病毒的複製。

諸多未知等待解答

新研究揭示了人體內的HERV活性水平,這是過去未知的。不過它也帶來了更多問題。

關於嵌入人類基因組的古老病毒,還有大量疑問等待科學家解答,例如它們的存在是否有益,以及是什麼驅動了它們的活性,等等;觀察這些基因會否真的合成蛋白質也是個很重要的課題。

回答上述問題有助於揭示HERV基因的未知功能,並讓我們瞭解人類是如何與這些遠古流行病餘孽共同進化的。而這些認識也將有助人類未來更好與各類病毒共存。

人類基因組竟有8%是由病毒片段構成的…是敵還是友?

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