Что, если бы я сказал вам, что ДНК внутри вас на самом деле не ваша? По крайней мере, не все. Около 8% всей нашей генетической информации происходит от вирусов, которые заражают нас и оставляют свой геном внутри нашего. Самое странное, что вы, вероятно, даже не выжили бы без одного из этих древних вирусов внутри вас. Фактически, человечество, вероятно, вообще не существовало бы без вирусной инфекции, произошедшей десятки миллионов лет назад.
Многие из древних вирусов в нас превратились в окаменелости ДНК; вирусные геномы, в которых накоплено столько мутаций, что они больше не функционируют. Эти вирусные окаменелости похоронены не в земле, как традиционные окаменелости, а в нашей ДНК. Но некоторые части этих вирусов все еще очень функциональны и используются. Наши клетки взяли некоторые гены заражающего нас вируса и превратили их в наши собственные инструменты. Вирусные инфекции, скорее всего, привели к эволюции плаценты млекопитающих и породили всех плацентарных млекопитающих от коров, кошек и слонов до приматов и людей.
Вирусы - это крошечные инфекционные объекты, возможно, даже не живые. У них есть гены, но нет клеточной структуры. Вот почему им нужно заражать живые клетки, чтобы делать больше копий самих себя. Вирус превращает клетку в фабрику вирусов. Когда вирусы готовы, они вырываются из клетки, и этот новый рой вирусов движется дальше, чтобы инфицировать другие клетки, переходя от одного человека к другому.
(Вирус бактериофага, покидающий клетку-хозяин)
У людей вирусы вызывают различные заболевания, от простуды до СПИДа. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД, относится к классу ретровирусов. Ретровирусы отличаются от большинства других вирусов тем, что при попадании в клетку они могут превращать свой геном РНК в двухцепочечную ДНК, и именно так мы храним нашу генетическую информацию. Затем ретровирус может интегрировать свой свежеприготовленный ДНК-геном в наш геном, становясь частью нас.
Хотя ретровирус может обосноваться в нашем геноме, он не передается нашим детям. Это потому, что они обычно не заражают клетки зародышевой линии - яйцеклетки и сперму. Но иногда ретровирусы в конечном итоге заражают наши зародышевые клетки и навсегда становятся частью нашего генома. Эти интегрированные вирусы передаются из поколения в поколение. Вот почему в нашем геноме есть остатки древних вирусных инфекций, которые составляют 8% нашей ДНК. Их называют эндогенными ретровирусами человека (HERV).
А теперь мы переходим к действительно интересной части. Имея в наличии вирусные гены, наши клетки по-настоящему революционным образом использовали один вирусный ген.
Гликопротеин оболочки, присутствующий на поверхности вируса и кодируемый геном env, дает ретровирусам способ слиться с их внешней мембраной с мембраной клетки, которую они заражают (клетки-хозяина). Гликопротеин оболочки или белок env вируса распознает белок клеточной мембраны (рецептор) на клетке-хозяине, прикрепляется к рецептору и проскальзывает внутрь хозяина.
С принятым вирусным геном env клетки-хозяева получают способность сливаться друг с другом. Клетки-хозяева могут сливаться вместе, образуя лист клеток, который имеет несколько ядер и разделяет все клеточные органеллы. Хотя это происходит только в том случае, если клетки также имеют мембранный белок (рецептор), распознаваемый env на поверхности клетки. Оба необходимы для слияния.
Лист клеток открывает совершенно новые возможности для эмбрионального развития, позволяя формировать плаценту. Все больше и больше доказательств подтверждают, что заимствование гена env из вирусов превратило наших предков из млекопитающих, откладывающих яйца, в плацентарных млекопитающих, радикально изменив способ развития эмбриона.
С развитием плаценты эмбриону не нужно находиться в яйце, обращенном к внешнему миру, он остается в безопасности внутри матки матери. Плацента - это орган, соединяющий внутри матки развивающийся плод и мать. Кровь плода течет через пуповину к плаценте, где только тонкая ткань отделяет кровь плода от крови матери.
Самым внешним на этом очень тонком слое ткани, отделяющим плод от матери, является синцитиотрофобласт, слой клеток, слитых вместе посредством белка синцитина 2. Синцитин 2 - это название, которое мы дали одомашненному вирусному гену env в нашем геноме. Слитый вместе слой клеток синцитиотрофобласта является инвазивным, проникает в стенку матки и имплантирует эмбрион в стенку матки. Позже синцитиотрофобласт облегчает поток питательных веществ и кислорода между матерью и плодом. Его функции на этом не заканчиваются. Он также вырабатывает гормоны, регулирующие иммунный ответ матери и защищающие плод от отторжения как инородного тела.
Слияние клетки с клеткой, вторжение, переработка физиологии матери для получения питательных веществ и изменение ее иммунного ответа - все это похоже на то, как патогены заражают хозяев, потому что мы скопировали у них уловку.
Вероятно, нас бы здесь не было, если бы не редкое событие около 14 миллионов лет назад. Ретровирус заразил нашего древнего предка, и его геном оказался в клетках зародышевой линии и распространился среди населения. Он встроился в нашу хромосому, дав нам синцитин 2 - белок, который играет ключевую роль в слиянии мембран и формировании плаценты.
Ретровирусы в нашем геноме - это не просто поездка. Они коренным образом повлияли на эволюцию и, вероятно, привели к нашему существованию. Мы не только потомки более ранних приматов. Мы потомки ретровирусов.