Исследование, опубликованноев журнале Cell, приводит данные о том, что древние вирусы, которые заражали позвоночных сотни миллионов лет назад, сыграли важную роль в эволюции нашего мозга. Ученые отмечают, что гены, которые были приобретены от ретровирусов, сейчас находятся в нашей ДНК и оказывают влияние на процессы формирования миелина — вещества, обеспечивающего быструю передачу электрических сигналов в нервной системе.
Под руководством Таная Гхоша, компьютерного биолога и генетика из лаборатории Франклина, команда провела исследование баз данных геномов, чтобы выявить генетические механизмы, связанные с процессом образования миелина — вещества, играющего важную роль в нервной системе. Особый интерес ученые проявили к «некодирующим областям» генома, которые не обладают явной функцией и ранее считались бесполезными, но сегодня их признают эволюционно значимым.
Гхош обнаружил особую последовательность в результатах эндогенного вируса, долгое время скрывавшегося в наших генах, который команда назвала ретромиелином.
Чтобы подтвердить свои результаты, исследователи провели эксперименты, в которых сознательно разрушили эту последовательность в клетках крыс. Их наблюдения показали, что в результате клетки перестали производить основной белок, необходимый для формирования миелина.
«Я нахожу замечательным то, что без этого генетического разнообразия современные позвоночные не смогли бы достичь разновидности таких форм и размеров — от слонов и жирафов до анаконд и лягушек-быков», — отметил старший автор и нейробиолог Робин Франклин из Altos Labs, Кембриджского института науки.
Во время исследования ученые искали аналогичные ретромиелину последовательности в геномах разных видов. Они обнаружили такие последовательности у позвоночных животных — млекопитающих, птиц, рыб, рептилий и амфибий.
Однако у бесчелюстных позвоночных и беспозвоночных такие последовательности не были найдены. Это привело исследователей к предположению, что ретромиелин появился в процессе эволюции одновременно с появлением челюстей у животных. Этот период, известный как эра рыб, начался около 360 миллионов лет назад, в девонском периоде.
Миелин — это вещество, которое формирует изоляционную оболочку вокруг нервных волокон. Он позволяет электрическим импульсам проходить быстрее и эффективнее, не увеличивая размеры нервных клеток. Что позволяет организмам эффективно и точно выполнять различные функции.
Исследователи использовали вычислительные методы для анализа ретромиелиновых последовательностей у 22 видов челюстных позвоночных. Они обнаружили, что последовательности были более схожи внутри видов, что указывало на множественные волны ретровирусной инфекции в процессе эволюции.
«О вирусах принято думать как о патогенах, вызывающих болезни», — сказал Франклин. Однако, по его словам, реальность является более сложной: на различных этапах истории ретровирусы проникали в геномы и интегрировались в репродуктивные клетки видов, позволяя им передаваться будущим поколениям.
Одним из наиболее известных примеров является плацента, одна из определяющих характеристик большинства млекопитающих, которую мы приобрели от патогена, внедренного в наш геном в далеком прошлом. Возможно, нас еще ждет много открытий, сказал Гхош.
Благодаря методам метагеномики и новым способам стерилизации образцов ледяного керна исследователи смогли лучше понять, что именно скрывается в древних ледниках. В ходе исследования команде ученых удалось идентифицироватьдесятки уникальных вирусов возрастом 15 тыс. лет из ледяной шапки Гулия на Тибетском нагорье и получить представление об их функциях.