Bugün öğrendim ki: DNA'mızın yaklaşık %8'i eski virüslerden geliyor ve günümüzde bağışıklık sistemimizin ve plasentanın oluşumuna yardımcı oluyor.
21 Mayıs 2023
Michael Marshall
Özel Haber Muhabiri
Hastalıklara ve zaman zaman yıkıcı salgınlara neden olmakla daha çok ilişkilendirilseler de, virüsler insan evriminde de önemli bir rol oynamıştır – ve onlarsız burada olmazdınız.
Kolombiya’nın And Dağları’nda yaşayan Mabuya kertenkeleleri diğer sürüngenler gibi değildir. Sürüngenlerin çoğunluğu sert kabuklu yumurtalar bırakırken, bazı Mabuya türleri canlı yavru doğurur. Çok önemli olarak, annelerin plasentaları vardır: gelişmekte olan yavruları vücutlarının içinde beslemek için uzmanlaşmış organlar.
Plasentalar fareler ve insanlar gibi memelilerle daha çok ilişkilendirilir: biz plasentalı memeliyiz. Ancak diğer hayvan türleri de plasentalar geliştirmiştir. Ve 2001 yılında Bucaramanga, Kolombiya'daki Santander Endüstri Üniversitesi'nden zoologlar Martha Patricia Ramírez-Pinilla ve Adriana Jerez, Mabuya kertenkelelerinin bizimkilere çok benzemeyen, son derece gelişmiş plasentalara sahip olduğunu ortaya koymuştur.
Tipik olarak deri benzeri yumurtalar bırakan bir sürüngen için bu zaten yeterince şaşırtıcıydı, ancak gerçek vahiy 16 yıl sonra, Ramírez-Pinilla, Fransa'nın Paris kentindeki Gustave Roussy'den genetikçi Thierry Heidmann ve meslektaşlarıyla birlikte çalıştığında geldi. Kertenkelelerin plasentanın oluşumu için gerekli olan bir gene sahip olduğunu ve bu genin bir virüsten geldiğini buldular.
Son 25 milyon yıl içinde, kertenkelelerin ataları, kendi DNA'sının bir kısmını genomlarına katan bir virüs tarafından enfekte olmuştur. Ancak zarar görmek yerine, kertenkeleler bir şekilde viral DNA'yı ele geçirmiş ve ilk plasentalarını geliştirmek için kullanmışlardır. Virüs sayesinde kertenkeleler yeni bir organ geliştirdiler.
Heidmann, "Genomik edinim, plasenta olmayan kertenkelelerden plasentalı kertenkelelere geçişle aynı zamana denk geldi" diyor.
Ancak bu hikayenin alışılmadık yanı, alışılmadık olmamasıdır. İnsan genomunun yaklaşık onda biri virüslerden gelir ve bu viral DNA, evrimimizde çok önemli roller oynamıştır. Bunun bir kısmı memeli plasentasının kaynağıydı. Diğer parçaları, hastalıklara karşı bağışıklık tepkimizde ve yeni genlerin oluşumunda yer alır. Virüsler olmasaydı, insanlar evrimleşemeyecekti.
Virüsler o kadar basittir ki birçok biyolog onları tamamen canlı olarak görmez. Her virüs esasen mikroskobik bir genetik materyal paketidir. Sadece yaşayan hücreleri enfekte ederek çoğalabilirler: kendi kopyalarını yapmak için hücrenin mekanizmasını alt üst ederler. Bunu yaparken genellikle konakçılarını hasta ederler.
Kendi genetik materyallerini konakçının genomuna sokan virüslere retrovirüs denir. Doğaları ilk olarak 1960'lı ve 1970'li yıllarda anlaşıldı, ancak bazıları on yıllar önce izole edilmişti. 1964'te bazı virüslerin kendi genetik materyallerini konakçılarının DNA'sına kopyalayabileceğine dair bir öneri üzerine, araştırmacılar tavukların genomlarında viral kökenli DNA belirlediler.
Büyük ve çeşitli bir virüs grubu olmasına rağmen, şu anda insanları enfekte ettiği bilinen sadece dört retrovirüs vardır. Hepsi 1980'lerde keşfedildi: bir kanser türüne neden olan insan T-lenfotropik virüsü 1 (HTLV-1) ve yakından ilişkili HTLV-2; ve AIDS'e neden olan insan immün yetmezlik virüsü (HIV) 1 ve 2 türleri.
Bir retrovirüs bir kişinin akciğerlerindeki veya derisindeki bir hücreyi enfekte ederse, bu kişi için kötü bir haber olabilir, ancak türümüzün evrimi için sınırlı sonuçları vardır çünkü bu DNA bir sonraki nesle aktarılmaz. Ancak bazen bir retrovirüs germ hattına girer: yumurta ve spermlere yol açan hücreler, burada viral DNA yavrularımıza geçebilir. Bu viral DNA parçalarına endojen retrovirüsler veya ERV'ler denir. Evrimin seyrini değiştirebilen bu kalıtsal viral DNA parçalarıdır.
Her Yerde ERV'ler
İnsan ERV'lerinin muazzam ölçeği, insan genomunun ilk taslağının 2001 yılında yayınlanmasıyla ortaya çıkarıldı. Heidmann, "Çok büyük miktarda viral dizi olduğu ortaya çıktı" diyor. İnsan genomunun yaklaşık %8'i ERV'lerden oluşmaktadır.
Bazıları gerçekten çok eski. 2013 yılında yapılan bir araştırma, insan 17. kromozomunda en az 104 milyon yaşında ve muhtemelen daha eski olan bir ERV belirledi. Bu, dinozorların Dünya'yı yönettiği dönemde derinlerde bir memeliyi enfekte eden bir virüsün sonucu olduğu anlamına gelir. ERV yalnızca plasentalı memelilerde bulunur, bu nedenle plasentalı memeliler keseli kuzenlerinden ayrıldıktan kısa bir süre sonra entegre olmuş olabilir.
Ayrıca beğenebilirsiniz:
ERV'ler memelilerle ve sürüngenlerle de sınırlı değildir. İtalya'daki Cagliari Üniversitesi'nden moleküler viroloji uzmanı Nicole Grandi, "Tüm omurgalıların endojen retrovirüsleri vardır" diyor.
İnsan ERV'lerinin çoğu türümüze özgü değildir, aynı zamanda şempanzeler gibi en azından bazı diğer primatlarda da bulunabilir. Bu, kendi türümüz evrimleşmeden milyonlarca yıl önce primat genomlarına girdikleri ve daha sonra onları maymun atalarımızdan miras aldığımız anlamına gelir.
Bazı ERV'ler bağışıklık sisteminin kansere neden olan hücreleri hedeflemesine yardımcı olur
Merakla, son birkaç bin yıldır insan genomuna yeni ERV'lerin girdiğine dair hiçbir kanıt yoktur. Grandi, türümüzün şu anda mücadele etmek zorunda olduğu tek retrovirüslerin HTLV ve HIV olduğunu ve hiçbirinin germ hattı hücrelerini enfekte ettiği bildirilmediğini söylüyor. Grandi, "Şu anda insanlarda aktif endojenizasyon göremiyoruz" diyor.
Bu, diğer bazı türlerle keskin bir tezat oluşturmaktadır. Koalalar şu anda koala retrovirüsü (KoRV) tarafından istila edilmekte olup, DNA'sı bazı koala popülasyonlarında bulunurken bazılarında bulunmaz. Bu nedenle koala genetikçileri "gerçek zamanlı bir genom istilasını" izleyebilirler.
Plasentanın Kökeni
İnsan ERV'leri başlangıçta inaktif "fosil diziler" veya genomun "çöp DNA'sı"nın bir parçası olarak düşünülüyordu. Bununla birlikte, birçok varsayımsal çöp DNA'sında olduğu gibi, birçok insan ERV'sinin aktif olduğu ortaya çıktı. (Bu makalede David Cox tarafından çöp DNA'nın oynayabileceği çok önemli rolü öğrenin.)
İnsan genomundaki en çok çalışılan ERV'ler, 1999'da ilk kez tanımlanan HERV-W'lerdir. Plasentada bulunan sinsitine adı verilen proteinleri kodlarlar. Mabuya kertenkelelerinde olduğu gibi, bu viral genler plasentanın oluşması için gereklidir.
Virüsler ve plasenta arasındaki bu bağlantı, sinsitinlerin gerçekte ne yaptığını düşündüğünüzde mantıklıdır. Bu proteinler, iki veya daha fazla hücreyi birleştirme yeteneğine sahiptir. Viral proteinler olduklarında, virüsün bir hücrenin dış zarına kaynaşması ve böylece onu enfekte etmesi için kullanılırdı. Bu füzyon yeteneği plasenta tarafından ele geçirilmiştir. Annedeki hücreleri ve embriyo hücrelerini birleştirerek plasenta, embriyoya besin aktarabilir ve atıkları çıkarabilir.
Ve bu sadece insanlar için geçerli değil. Benzer sinsitin proteinleri goriller gibi diğer maymunlarda da bulunur. Daha yeni çalışmalar, retrovirüslerin evrimsel tarihleri boyunca memelileri tekrar tekrar enfekte ettiğini, bu nedenle farklı memeli gruplarının genellikle farklı retrovirüslerden türetilmiş farklı sinsitinlere sahip olduğunu göstermiştir.
Heidmann, "Aslında 150 milyon yıl önce bir kurucu ERV yakalamasının olduğunu ve bu durumun plasentalı memelilerin ortaya çıkmasına yol açtığını varsayıyoruz" diyor. O zamandan beri tekrarlayan enfeksiyonların bu orijinal ERV'yi yazmış gibi göründüğü için hiçbir canlı memelide bulunamaz. Mabuya kertenkele çalışması önemliydi çünkü kertenkelelerin önce virüsten bir ERV edinmeden sonra plasentalar kazandıklarını gösterdi - bu da tüm plasentalı memelilerin atasında aynı şeyin gerçekleştiğini gösteriyor. Heidmann, "Plasenta edinimi ile bir sinsitin edinimi arasındaki bağlantının gösterimini verdi" diyor.
Genomun Ötesinde
İnsan Genom Projesi'nin "tamamlanması"nın üzerinden 20 yıl geçti, ancak insan "yaşam kitabını" dizileştirme ve haritalamaya yönelik bu muazzam çaba henüz başlangıçtı. Vücutlarımızı çalıştıran şeyin ve neden farklı bir şekilde yaptığının sorusunu kapatmaktan çok uzak olan insan genomu üzerindeki araştırmalar, kimsenin hayal edebileceğinden çok daha karmaşık bir tablo ortaya koydu. Genomun Ötesinde, genetiğimizi anlamamızın son yirmi yılda ne kadar ilerlediğini inceliyor.
Sinsitinler ve plasentanın hikayesi, viral DNA'nın evrimi etkilemesinin en çarpıcı örneklerinden biridir. Özellikle dikkat çekicidir çünkü tam bir viral gen insan genomunda hayatta kalmış ve bir proteini kodlamaktadır. Diğer birçok ERV protein kodlamaz, ancak yine de işlevleri vardır.
Bazıları kök hücrelerde rol oynar: gelişmekte olan embriyolarda bulunan çok amaçlı hücreler. Bazı kök hücreler çok potansiyeldir, yani nöronlardan kas liflerine kadar vücuttaki her türlü hücreye dönüşebilirler.
HERV-H adı verilen bir retrovirüs ailesi, çok potansiyellik için gereklidir. Ancak protein kodlamazlar. Bunun yerine, HERV-H dizileri RNA adı verilen moleküllere kopyalanır ve bunlar hücreyi çok potansiyel tutar. Maryland, Bethesda'daki Ulusal Alerji ve Bulaşıcı Hastalıklar Enstitüsü'nden virolog Christine Kozak, "Bastırılırlarsa, hücre morfolojisi değişir ve farklılaşmamış durumunu koruma yeteneğini kaybeder" diyor.
Diğer ERV'ler genlerin aktivitesini düzenler ve bu nedenle vücut süreçlerini kontrol eder. Örneğin, vücutlarımız yiyeceklerimizdeki nişasta gibi karbonhidratları parçalamak için amilaz adı verilen bir enzim kullanır. Grandi, "Pankreasta amilazımız var ve tükürükte ağzımızda amilazımız var" diyor. Amilaz geni, bir ERV'den gelen bir promotör adı verilen bir DNA dizisi tarafından tükürük bezinde aktive edilir.
Bizi sağlıklı tutan virüsler
ERV'lerin virüslerden gelmesi göz önüne alındığında, birçok bilim insanı sağlık ve hastalıklardaki rolleriyle ilgilenmektedir. Bunlardan bir örneği 2022 yılında New York, Ithaca'daki Cornell Üniversitesi'nden moleküler biyolog ve genetikçi Cédric Feschotte liderliğindeki araştırmacılar tarafından tanımlanmıştır. Ekip, insanlarda diğer hayvanlarda zaten iyi bilinen bir olgunun bir örneğini bulmaya çalışıyordu - bazen ERV genleri, bağışıklık sistemi tarafından ele geçirilebilen ve diğer virüslerle savaşmak için kullanılabilen proteinleri kodlar. Hedef virüsler, ERV'ye yol açan virüsle yakından ilişkili olabilir veya sadece uzaktan ilişkili olabilir. Feschotte, fareler, tavuklar ve kedilerde ERV'lerden gelen antiviral proteinlerin incelendiğini söylüyor. "Ancak bildiğim kadarıyla insan genomunda buna dair hiçbir örnek yoktu" diyor.
Ekip, insan genomundaki bilinen ERV'leri taradı ve potansiyel olarak antiviral proteinleri kodlayabilecek yüzlerce dizi belirledi. Daha sonra, virüslerin dış zarlarını oluşturan proteinlere benzer bir protein kodlayan Suppressyn adı verilen bir gene odaklandılar. Suppressyn proteini, virüslerin hücrenin içine girmek için kullanacağı hücre dış zarındaki reseptörlere bağlandığı için retrovirüslerin hücrelere girmesini engeller. Feschotte bunu kırık bir anahtarı bir kilide takmaya, kimsenin kapıyı açmasını engellemeye benzetiyor.
Suppressyn çoğunlukla plasentada ve gelişmekte olan embriyo bulunur. Bu, orijinal kullanımının, çok zayıf bağışıklık sistemlerine sahip olan embriyoları retrovirüslerden korumak olduğunu gösteriyor. Feschotte, "Tüm organizmayı değil, germ hattını koruyor" diyor.
Ancak ERV'lerin muhtemelen bağışıklık sistemimizde çok daha fazla şey yaptığını düşünüyor. "1.500 adayımız var" diyor. "Bu çok fazla gen." Birçok genetikçi hala ERV'leri inert veya kusurlu olarak düşünse de, bu yanıltıcıdır. Feschotte, "Çürüyorlar ama hala RNA yapıyorlar ve hala çok fazla protein yapıyorlar" diyor. "Buna yakından bakmamız gerekiyor." Ve resim hala ortaya çıkıyor - Nisan 2023'te yayınlanan bir araştırma, bazı ERV'lerin bağışıklık sisteminin kansere neden olan hücreleri hedeflemesine yardımcı olduğunu buldu.
Ancak bizi hastalıktan koruyabilseler de, bazı ERV'lerin insanlarda da olumsuz sağlık etkileri üretmesinden şaşırtıcı olmaz. Kozak, "Şu anda insan ERV'lerinin hastalıkla ilişkili olabileceği olasılığıyla ilgili büyük bir ilgi var" diyor. "Şu anda çok fazla düşündürücü kanıt var ama kesin bir kanıt yok."
İnsanlar gerçekten bir mozaik türdür - genomumuzun yaklaşık %8'i virüslerden gelir
Feschotte için, ERV'lerin tam olarak ne yaptığını düşünmek çok önemlidir - ve her zaman doğruyu bilmedik. "Endojen retrovirüsler keşfedildiğinden beri, insanlar bunları kansere bağlamaya çalışıyorlardı" diyor. Bunun nedeni, hayvanlarda keşfedilen ilklerin kansere neden olmasıydı. Fon sağlayıcılar, kanser mekanizmalarını ve dolayısıyla potansiyel tedavileri ortaya çıkaracağına dair umutla ERV araştırmalarına "tonlarca para döktü". "Birçok insan eli boş döndü."
Önemli nokta, insan ERV'lerinin diğer hücreleri enfekte edebilecek virüsler oluşturamamasıdır. Feschotte, "Farede çok fazla var ve tavukta çok fazla var" diyor. "Her türlü hastalığa neden oluyorlar." Ancak insan ERV'leri, genomun geri kalanı tarafından çok büyük bir kontrol altına alınmıştır, bu nedenle viral enfeksiyonlara neden olmazlar.
Feschotte, "Çok daha incelikli ve muhtemelen gen düzenlemesi veya düzensizliğiyle ilgilidir diye düşünüyorum" diyor. ERV'ler insan genomunda çok yaygın bir şekilde dağılmış olduklarından, diziyi büyük ölçüde ayıran çoklu genlerin aktivitelerini koordine edebilirler. Birçok vücut işleminin, genlerin hassas dizilerde açılıp kapanmasına ihtiyacı vardır ve ERV'ler bunu kontrol etmede büyük bir rol oynar. "Şimdi bu şeylerin hastalıktaki rolünü yeniden ele alıyoruz, ancak farklı mekanizmalar aracılığıyla."
ERV'lerin hastalıktaki rolü şu anda gizemini koruyor. Ancak açık olan, bunların evrimin bir motoru olduğudur. Genomumuz boyunca yeni DNA parçaları ekleyerek, virüsler genetik yapımızda büyük değişiklikleri hızlandırmıştır. ERV'ler yerleştikten sonra, DNA'nın geniş kısımlarının çoğalmasını veya silinmesini tetikleyebilirler - ve değişiklikler faydalıysa yayılırlar. İnsanlar da dahil olmak üzere hiçbir hayvan, mevcut biçiminde onlarsız var olamazdı.
Son ders, insanların gerçekten bir mozaik türü olduğudur. Çoğumuz genomumuzun yaklaşık %2'sini Neandertallerden alıyoruz. Bazı popülasyonlar ayrıca soyu tükenmiş başka bir hominin grubu olan Denisovalılardan da bazı DNA'lar alıyor. Ve hepimiz genomumuzun yaklaşık %8'ini virüslerden alıyoruz.
Feschotte, "İnsan gen kataloğunu düşünürseniz, bu neredeyse varoluşsal bir sorudur" diyor. Yaklaşık 20.000 protein kodlayan gen bilinmektedir ve DNA'mızın karşılaştırılabilir bir miktarı virüslerden gelir. "Bu oldukça akıl almaz."
--
Facebook'ta bizi beğenerek veya Twitter veya Instagram'da bizi takip ederek bir milyon Future hayranına katılın.
Bu hikayeyi beğendiyseniz, her cuma gelen kutunuza BBC Future, Culture, Worklife, Travel ve Reel'den özenle seçilmiş hikayelerden oluşan "The Essential List" adlı haftalık bbc.com özellik bültenine kaydolun.