Er hluti af erfðamengi manna kominn frá veirum?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Er hluti af erfðamengi manna kominn frá veirum?
Útreikningar vísindamanna benda til þess að um 8% erfðamengis manna sé upprunnið úr erfðamengi veira, og önnur 40% eru endurteknar raðir sem talið er að eigi líklega einnig uppruna sinn að rekja til veirusýkinga.^[1]

Til samanburðar má nefna að aðeins um 1% af erfðaefni manna eru gen sem skrá fyrir prótínum, en það eru þau gen sem eru umrituð yfir í mRNA sem svo eru þýdd í prótín.^[2] Um umritun gena má lesa meira í svari við spurningunni Hvað felst í umritun og afritun gena?

Innlimaðar veirur eru órjúfanlegur hluti af þróunarsögu og erfðamengjum lífvera. Innlimun veira sem verða að varanlegum hluta erfðamengi manna hefur átt sér stað smám saman yfir tugmilljónir ára.

Langflestar veirusýkingar hafa áhrif á líkamsfrumur, en erfðaefni þeirra berst ekki á milli kynslóða. Þannig breytist erfðamengi einstakra fruma einstaklings jafnvel varanlega við sýkingu án þess að afkomendur einstaklingsins erfi þær breytingar. Í fjölfruma lífverum eins og mönnum innlimast veiruraðir ekki varanlega inn í erfðamengið nema veira sýki frumur kímlínunnar, það er annað hvort kynfrumur eða forvera þeirra.

Langstærsti hluti veiruraða sem fundist hafa í erfðamengi manna tilheyrir svokölluðum víxlveirum sem eru innlimaðar í erfðamengið þegar þær sýkja frumur. Eftir það nefnast þær innrænar víxlveirur (e. endogenous retroviruses, ERVs).^[3] Víxlveirur eru RNA-veirur sem draga nafn sitt af því að þær umrita erfðaefni sitt yfir í DNA með ensími sem kallast víxlriti (e. reverse transcriptase).

Eitt skref í lífsferli þessara veira gengur út á að ensím eins og integrasi innlimar DNA-víxlritið inn í erfðamengi frumunnar. Eftir það er DNA-röðin notuð sem sniðmát til RNA-umritunar sem þá er notað til að framleiða veirur sem geta sýkt fleiri frumur.

Ef víxlveirur sýkja kímlínufrumur eða kynfrumur manna sem svo mynda nýjan einstakling hefur erfðaefni veirunnar innlimast varanlega í erfðaefni manneskjunnar og erfist því til allra afkomenda einstaklingsins. Það veltur síðan á kröftum þróunar hver afdrif þessarar innlimuðu veiru verða, hvort hún tapast, ílengist í stofni, eða verður allsráðandi. Ef það síðastnefnda gerist mun hún finnast í öllum einstaklingum tegundarinnar. Síðan geta þessar veirur, sem nú kallast innrænar víxlveirur, náð að afrita sig og stinga sér inn á fleiri stöðum í erfðamenginu og þannig stækkar hlutur innrænu víxlveirunnar í erfðamenginu.

Það er frumum ekki hagstætt að hafa virkar innlimaðar víxlveirur sem geta tekið yfir kerfi frumunnar til umritunar og þýðingar á RNA í prótín til að framleiða fleiri veirur. Því hafa þróast ýmis öflug sameindakerfi til þess að þagga tjáningu innlimaðra veira, bæði með því að bæla umritun á veiru-RNA og með því að brjóta það niður jafnóðum og það myndast. Veiran er þá innlimuð í erfðamengið en áhrif hennar á virkni fruma eru takmörkuð. Ef engin valþrýstingur heldur veiruröðunum óbreyttum, stökkbreytast raðir veirunnar í gegnum þróunarsöguna. Það dregur smám saman úr hæfni innrænu víxlveirunnar til umritunar, þar til fjölgunarvirknin hverfur alveg. Að lokum sitja eftir raðir í erfðamenginu sem eru upprunnar úr sýkingu og innlimun veiru-erfðaefnis, sem einskonar draugaraðir. Draugaraðir hafa tapað upphaflegri virkni sinni.

Þessar innrænu víxlveirur verða þannig varanlegur hluti erfðamengis dýra, meðal annars okkar. Flestar þeirra eru álitnar hlutlaus og tilgangslaus farangur sem við burðumst með í gegnum þróunarsöguna, en ekki allar. Það kemur í ljós að sumar þessara DNA-raða eru hráefni þróunar. Veiruraðirnar innihalda til dæmis raðir sem eru vel til þess fallnar að stýra genatjáningu, enda er það tilgangur þeirra að tjá veirugenin sjálf. Í gegnum hina löngu sögu lífsins hafa þessar raðir þróast með umritunarþáttum erfðamengis lífverunnar sem þær sýkja. Umritunarþættirnir þekkja ákveðnar DNA-raðir, bindast þeim og annað hvort ræsa eða bæla tjáningu á nálægum genum. Þessi samþróun víxlveira og sérstaklega innlimun þeirra leggur þróuninni til efnivið, sem til dæmis nýtist til þess að búa til nýja svonefnda stýrla, en það eru stjórnraðir fyrir genatjáningu. Nýir stýrlar gera lífverum kleift að tjá gen í annarri frumugerð eða á öðru þroskastigi, sem skapar grundvöll fyrir fjölbreyttari frumusérhæfingu og nýja eiginleika lífvera.

Sem dæmi um þetta má taka samanburð á erfðamengjum manna og simpansa og dreifingu víxlveira í erfðamengjum þeirra. Það virðist sem breytingar á mynstrum tjáningar gena sem tengjast útliti höfuðkúpu og andlits manna séu að einhverju leyti tengdar dreifingu innrænna víxlveira í stjórnröðum tegundanna.^[4]

Tilvísanir:

1. ^ The non-human living inside of you - Cold Spring Harbor Laboratory. (Sótt 2.05.2020).
2. ^ Sjá líka hér: 3D Animations - DNA Molecule: How Much DNA Codes for Protein? - CSHL DNA Learning Center. (Sótt 2.05.2020).
3. ^ Hugtakið retróveira er líka notað á íslensku.
4. ^ Coordinating the Human Looks - ScienceDirect. (Sótt 2.05.2020).

Myndir:

• File:Life Cycle of a Retrovirus.svg - Wikimedia Commons. (Sótt 2.05.2020). Myndina gerði Mrdavis21 og hún er birt undir leyfinu Creative Commons — Attribution-ShareAlike 3.0 Unported — CC BY-SA 3.0.
• nowheretostay: TETSURO MATSUZAWA. (Sótt 2.05.2020).

Höfundar þakka Snædísi Huld Björnsdóttur, sameindalíffræðingi og dósent við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ, og Stefáni Ragnari Jónssyni líffræðingi, fyrir yfirlestur og gagnlegar ábendingar.

Spurningu Sveins er hér svarað að hluta.

...