Основная часть генома людей и многих других биологических видов состоит из некодируюшей, «мусорной» ДНК. Вопреки названию, она не полностью бесполезна — в функции мусорной ДНК входит, например, формирование структуры молекул ДНК и регуляция генов. Тем не менее предназначение большей части некодируюшей ДНК остается под вопросом.
Австралийские специалисты из Университета Нового Южного Уэльса обнаружили свидетельства того, что часть мусорной ДНК, полученная за счет интеграции в геном вирусных фрагментов, может служить защитой от вирусов. Свои доводы ученые изложили в статье в журнале Virus Evolution.
Каждый раз, когда вирус попадает в организм, есть шанс, что он оставит свой след в геноме. И, если изменения затронут яйцеклетки или сперматозоиды, мутации передадутся и следующим поколениям — так и появляются эндогенные вирусные элементы, поясняют исследователи.
У человека, например, фрагменты вирусной ДНК составляют около 8% генома. Их можно считать эволюционной летописью, передающей историю взаимодействий с вирусами.
«Эти вирусные фрагменты сохранились не просто так, — говорит палеовирусолог Эмма Хардинг. — Можно было бы ожидать, что за миллионы лет эволюции вся ДНК изменится, однако эти фрагменты сохранились и остались нетронутыми».
В попытках выяснить, почему это происходит, исследователи обратили внимание на следы эндогенных вирусных элементов в РНК (РНК синтезируется на матрице ДНК) сумчатых животных. Всего они обнаружили 200 фрагментов вирусных РНК, полученных от 13 видов австралийских сумчатых, включая узконогих сумчатых мышей и тасманских дьяволов. Большинство фрагментов относилось к борнавирусам, филовирусам или парвовирусам.
«Один из обнаруженных элементов принадлежал к семейству вирусов Bornaviridae, которые впервые попали в ДНК животных во времена динозавров, когда южноамериканская и австралийская части суши еще были соединены вместе», — отмечает Хардинг.
Ранее аналогичные фрагменты ученые обнаруживали у ископаемых птиц и рептилий.
Изучив эволюционные изменения генома сумчатых, исследователи обнаружили, что эти вирусные элементы вплелись в геном животных более 65 млн лет назад. Возраст некоторых из них составил около 160 млн лет.
«Ранее считалось, что вирусы Bornaviridae возникли 100 млн лет назад, — отмечает Хардинг. — Но мы нашли в ДНК сумчатых фрагменты вирусов, попавшие в геном 160 млн лет назад».
К удивлению ученых, некоторые из этих древних вирусных фрагментов были все еще способны транскрибироваться в РНК. Обычно в клетках РНК-транскрипции выступают в качестве белковых шаблонов, но в данном случае этого не происходило. Таким образом, эту РНК можно было отнести к некодируюшей.
Это не делает РНК бесполезной, подчеркивают исследователи. Некодирующая РНК, как и ДНК, используется в ряде клеточных функций, включая регуляцию транскрипции РНК среди других генов.
У растений и беспозвоночных некодирующая РНК участвует в иммунной защите от вирусов. Кроме того, большое ее количество ранее было обнаружено у летучих мышей, известных своей способностью выживать, перенося смертельные вирусы, которые убивают большинство млекопитающих.
Авторы работы более тщательно изучили геном коал и выяснили, что у тех некоторые эндогенные вирусные элементы транскрибируются в небольшие молекулы ДНК, ранее обнаруженные у беспозвоночных и способные защищать от вирусов.
«Это показывает, что система защиты с помощью РНК, от которой, как считалось ранее, млекопитающие перешли к интерфероновой системе (интерфероны — белки, выделяемые клетками организма в ответ на вторжение вируса), все еще активна и защищает клетки сумчатых», — пишут исследователи.
Сумчатые большую часть своего детства проводят в материнской сумке, а некоторые из них рождаются еще до того, как у них сформировались кости, не говоря уже о полностью функционирующей иммунной системе. Поэтому такой вид противовирусной защиты может быть критически важен для молодых сумчатых, считают авторы работы.
«Это может быть механизм, подобный вакцинации, но наследуемый из поколения в поколение. Сохраняя эндогенные вирусные элементы, клетки получают иммунитет против будущей инфекции», — говорит Хардинг.
Если это механизм работает у сумчатых, он может работать и у других млекопитающих, включая человека, считает она. Но, чтобы выяснить это, необходимы дальнейшие исследования.