Древняя «мусорная ДНК» сумчатых может быть полезной

Ископаемые фрагменты древних вирусов сохранились в геномах всех животных, включая человека, и долгое время считались «мусорной ДНК». Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (Сидней), изучившие ДНК и РНК 13 видов австралийских сумчатых, полагают, что эти вирусные ископаемые могут помогать защищать животных от инфекций.

«Эти вирусные фрагменты сохранились не просто так. За миллионы лет эволюции вся ДНК должна была бы измениться, однако эти ископаемые сохранены и остаются нетронутыми», — говорит докторант и ведущий исследователь Эмма Хардинг.

Исследование показывает, как вирусы, встроенные в ДНК животных, используются для создания некодирующих РНК, которые выполняют задачи внутри клеток, например, защищают от внешней инфекции. ДНК животного, по сути, захватила вирусную последовательность, которая когда-то вредила ей, и теперь использует её в своих интересах.

Эта теория может иметь важные последствия для понимания роли вирусных ископаемых в нашей собственной ДНК. Например, такие фрагменты могут превращаться в РНК, которая специфически связывается с вирусом и уничтожает его при попытке повторного заражения клетки.

«Это может быть механизм, похожий на вакцинацию, но передающийся по наследству. Сохраняя вирусное ископаемое, клетка иммунизируется против будущей инфекции. Если мы можем показать, что это происходит у сумчатых, это может происходить и у других животных, включая людей», — отмечает Хардинг.

Эволюционная перемотка назад

Исследование сосредоточено на эндогенных вирусных элементах (EVEs) в ДНК австралийских сумчатых. Один из обнаруженных EVEs принадлежал к семейству вирусов Bornaviridae и интегрировался в ДНК животных около 160 миллионов лет назад, во времена динозавров, когда Южная Америка и Австралия ещё были соединены. Это открытие отодвигает предполагаемый возраст этого семейства вирусов со 100 до 160 миллионов лет.

Методы работы

Исследователи изучили транскриптомы (полный набор РНК в клетке) 13 видов сумчатых, включая тасманийского дьявола, кенгуру, вомбатов, коал и сахарных летяг. Они использовали генетические последовательности современных вирусов (таких как Эбола и Зика), чтобы найти в транскриптомах совпадения — фрагменты древних вирусов. Поиск по транскриптому, а не по геному, позволяет находить фрагменты, которые всё ещё «включены» и активны в клетках.

Из более чем 130 известных семейств вирусов три постоянно встречались у всех изученных видов сумчатых: Bornaviridae, Filoviridae и Parvoviridae. Чаще всего сохранялись «чертежи» ДНК для двух вирусных белков: нуклеокапсида (оболочки вируса) и фермента, необходимого для репликации.

Гипотеза состоит в том, что эти белки — хорошие мишени для противовирусной защиты. Их копии в геноме могут блокировать соответствующие участки генома вторгающегося вируса, не давая ему правильно производить эти белки. Без них вирус не может размножаться, и иммунная система очищает инфекцию.

Защита для вида

Исследователи также обнаружили свидетельства существования малых молекул РНК (siRNA и piRNA), которые, как известно, нацеливаются и разрушают чужеродные вирусные РНК. Эти молекулы были особенно активны в семенниках самцов сумчатых и могут помогать защищать будущее потомство от вирусных инфекций.

«Сумчатые рождаются без полностью функциональной иммунной системы, поэтому эти малые молекулы могут помогать защищать их, пока они растут», — объясняет Хардинг.

Исследование основано на данных РНК-последовательностей 35 образцов от 13 видов сумчатых. Будущие лабораторные работы могут доказать роль EVEs в противовирусном иммунитете, что потенциально приведёт к разработке новых РНК-антивирусных препаратов широкого спектра действия.

Исследование было опубликовано в журнале Virus Evolution, обзор — в Microbiology Australia.