از دشمن تا متحد: ویروس‌های باستانی چگونه به تکامل اجداد ما کمک کردند؟

دانشمندان کشف کردند که ویروس‌های باستانی و غول‌پیکر، تکه‌هایی از ماده‌ی ژنتیکی خود یا ژنوم را در دی‌ان‌ای ارگانیسمی تک‌سلولی به جا گذاشته‌اند. آمیبیدیوم، ارگانیسم اجدادی است که هر دو شکل حیات ساده و پیچیده، از جمله انسان، از آن تکامل یافته‌اند. این بقایای ویروسی ممکن است در کمک به تکامل نیاکان ما و تبدیل‌شدن به موجودات پیچیده‌تر نقش داشته باشند.

به‌گزارش ساینس‌آلرت، کشف جدید نشان می‌دهد که احتمالا نقش ویروس‌ها در تکامل ما مهم‌تر از آنچه قبلاً فکر می‌کردیم، بوده‌ است. آن‌ها ممکن است ژن‌هایی را به سلول‌های اولیه اضافه کرده باشند؛ مانند ژن‌های ویروسی در اجداد نوعی یوکاریوت همزیست به نام آمیبیدیوم. این ژن‌های افزوده‌شده می‌توانستند به این سلول‌ها کمک کنند تا در محیط خود بهتر زنده بمانند.

تحقیق جدید توسط تیمی به رهبری الکس دی مندوزا سولر، زیست‌شناس فرگشتی در دانشگاه کوئین مری لندن انجام شده است.

دی مندوزا سولر می‌گوید کشف آثار به‌جامانده از ویروس‌ها «مانند یافتن اسب‌های تروآ است که در دی‌ان‌ای آمیبیدیوم پنهان شده‌اند.» او معتقد است درست مانند اسب های تروآ، این درج‌های ویروسی که در دی‌ان‌ای پنهان شده‌اند، بالقوه مضر هستند. با این حال، آمیبیدیوم راهی برای کنترل این عناصر ویروسی با استفاده از فرآیندهای شیمیایی برای خاموش‌کردن و جلوگیری از آسیب‌رساندن آن‌ها دارد.

نحوه‌ی کارکرد ویروس‌ها این‌گونه است که آن‌ها با گروگان‌گرفتن ملزومات تولید مثل سلول، سلول‌ها را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند. اول ویروس به سطح سلول میزبان می‌چسبد و سپس ماده‌ی ژنتیکی خود (دی‌آن‌ای یا آر‌آن‌ای) را به سلول میزبان تزریق می‌کند. ماده‌ی ژنتیکی ویروسی ابزار سلول میزبان را در اختیار گرفته و آن را به سمت تولید اجزای ویروسی هدایت می‌کند. ذرات ویروس جدید از این اجزا ساخته می‌شوند. درنهایت ویروس‌های جدید از سلول میزبان خارج می‌شوند و اغلب در این فرآیند آن را از بین می‌برند و سلول‌های دیگر را آلوده می‌کنند.

به طور معمول، قرارگرفتن بسیاری از ژن‌های خارجی (از ویروس‌ها) در دی‌ان‌ای آمیبیدیوم باید برای این ارگانیسم کشنده باشد. با این حال، آمیبیدیوم راهی برای مدیریت ژن‌های خارجی ایجاد کرده است و این کار را با اصلاح شیمیایی یکی از چهار عنصر اصلی دی‌ان‌ای انجام می‌دهد. این اصلاح که ۵-متیل‌سیتوزین (5mC) نامیده می‌شود، به خاموش کردن ژن‌های خارجی کمک و از آسیب جلوگیری می‌کند.

Science Advances

سیتوزین یک باز نوکلئوتیدی است و توسط آنزیمی به نام دی‌ان‌ای (سیتوزین-۵) متیل‌ترانسفراز ۱  یا DNMT1 اصلاح می‌شود که در همه‌ی موجودات چند سلولی وجود دارد. محققان در مورد منشأ این آنزیم قبل از تکامل حیوانات کنجکاو بودند، بنابراین آن‌ها یک موجود آغازی به نام آمیبیدیوم اپالاچنس (Amoebidium appalachense) را بررسی کردند. این ارگانیسم ابتدا روی اسکلت بیرونی حشرات آب شیرین زندگی می‌کرد.

محققان کشف کردند که آمیبیدیوم اپالاچنس آنزیم DNMT1 تولید می‌کنند. این آنزیم به آن‌ها کمک می‌کند تا مقدار قابل توجهی از مواد ژنتیکی متعلق به ویروس‌های غول پیکر باستانی را که دیگر وجود ندارند، حفظ کنند. اساساً، این موجودات موفق شده‌اند DNA ویروسی را در ژنوم خود با استفاده از DNMT1 حفظ و نگهداری کنند.

دی مندوزا سولر می‌گوید: «این یافته‌ها درک ما از رابطه‌ی بین ویروس‌ها و میزبان‌هایشان را به چالش می‌کشد.» او می‌گوید در حالی که ویروس‌ها به‌طور معمول به عنوان مهاجم شناخته می‌شوند، مطالعه‌ی تیمش داستان پیچیده‌تری را روایت می‌کند.

محققان پیشنهاد می‌کنند که مکانیسم مقابله به میکروب‌ها امکان می‌دهد تا نه‌تنها از هجوم دی‌ان‌ای ویروس غول‌پیکر جان سالم به در ببرند، بلکه آن را در تبار خود برای نسل‌های بعدی بگنجانند.

محققان می‌خواستند بدانند که آیا وجود مواد ژنتیکی ویروسی در آمیبیدیا یک اتفاق رایج است یا خیر. برای کشف این موضوع، آن‌ها دی‌ان‌ای گونه‌های مختلف آمیبیدیا را که از هم جدا بودند، مقایسه و تنوع زیادی در ماده‌ی ژنتیکی ویروسی در میان این گونه‌ها کشف کردند. این تنوع بالا نشان می‌دهد که روند ادغام ژن‌های ویروسی در دی‌ان‌ای آمیبیدیا همچنان انجام می‌شود و پیوسته در حال تغییر است.

دی مندوزا سولر می‌گوید: «درج‌های ویروسی ممکن است با ارائه‌ی ژن‌های جدید در تکامل موجودات پیچیده نقش داشته باشند.»

از آنجایی که آمیبیدیوم اپالاچنس از طریق تبار مشترک با حیوانات مرتبط است، اکتشافات انجام‌شده در مورد آن ممکن است به ما در درک فرآیندهای مشابهی که در بدن خودمان اتفاق می‌افتد، کمک کند. اساساً، مطالعه‌ی این ارگانیسم می‌تواند بینشی در مورد چگونگی تأثیر ژن‌های ویروسی بر ما بدهد.

انسان‌ها و سایر پستانداران نیز بقایای ویروس‌های باستانی را در دی‌ان‌ای خود دارند. این بقایا رتروویروس‌های درون‌زا نامیده می‌شوند. تصور می‌شود که آن‌ها بقایای ویروس‌هایی هستند که اجداد ما را آلوده کرده‌اند، اما در نهایت آن‌ها را نکشته‌اند. در عوض، بخش‌هایی از این ویروس‌ها با گذشت زمان در دی‌ان‌ای ما ادغام شدند.

در ابتدا، دانشمندان بر این باور بودند که بقایای ویروسی باستانی در دی‌ان‌ای ما فقط بقایای غیرفعال ویروس‌هایی هستند که نمی‌توانند آسیبی ایجاد کنند. با این حال، اکنون تصور می‌شود که بسیاری از این بقایای ویروسی ممکن است مزایایی داشته باشند، به همین دلیل است که آن‌ها در طول زمان در دی‌ان‌ای ما حفظ شده‌اند.