コアラは古代のウイルスDNAを使用して新しい侵入者を中和します

一部の感染症は覚えておく価値があります。DNAを尋ねるだけです。

ヒトゲノムの約8パーセントは、実際にはウイルス起源であり、過去の病気の化石記録です。 しかし、これらのウイルスの遺物の大部分は、ダメージを与える時点を過ぎて劣化しました：何千年もの間、元の病原体は永続的な休眠状態に崩壊し、その後に遺伝的傷跡のみが残ります。 今日、ジャーナルPNASで 、科学者はオーストラリアで最も愛されている有袋類の助けを借りて、この不思議な移行の背後にある秘密のいくつかを明らかにします。

ウイルスの種類の密接な出会いは通常一時的です。 ウイルスは、単純に複製して他のホストに拡散することを目的として、住宅所有者ではなくテナントとして体内に侵入します。 しかし、レトロウイルスと呼ばれる特定のクラスのウイルスでは、一時的なリースが永続的な同居に変わることがよくあります。 レトロウイルスが細胞に侵入すると、DNAが私たちのものに挿入され、細胞の職場のレパートリーと並んで新しいレトロウイルスの行進命令が実行されます。 レトロウイルスが精子または卵子に発生した場合、その遺伝的指示は、各細胞内にウイルスの密航をもたらす胚に浸潤する可能性があります。 これにより、現在「内在性」のレトロウイルスが受け継がれ、以前よりも少しだけウイルス性の高い遺伝系統が作成されます。

初期の世代では、ウイルスは休眠状態から覚醒し、新たに感染するほど十分に無傷のままである可​​能性があります。 しかし、レトロウイルスは少なくとも30または40回ヒトゲノムを突破しましたが、これらのウイルスの迷走結合のほとんどは少なくとも500万年前に遺伝子に滑り込み、それ以来彼らが受けた変異は無害になりました。

新しいレトロウイルスの侵入に対処してから長い時間が経過したため、科学者がゲノムが新しい猛攻撃とどのように調和するかを観察する方法はありませんでした。

謎の一部を解明するための鍵は、曖昧で灰色であり、1日18時間まで眠ることです。 これまでに研究されたすべての脊椎動物ゲノムはレトロウイルスの残骸でいっぱいであり、コアラも例外ではありません。 唯一の違いは？ 他のほとんどの動物とは異なり、コアラは現在、これらの侵入者の1つであるコアラレトロウイルスとの戦争に巻き込まれており、科学者にリアルタイムでレトロウイルス同化を追跡するまれな機会を与えています。

「これは本当にこのプロセスに取り組む最初で唯一の機会です。レトロウイルスがまだホストに移動しているためです」と、ベルリンのライプニッツ動物園野生生物研究所の研究者であるウルリケ・レーバーの第一著者は説明します。

コアラレトロウイルスは、比較的若いウイルスであるように見えます。過去5万年以内に人口に侵入したウイルスであり、これらの有袋類の重要な敵であり続けています。 遠い相対的なHIVのように、コアラレトロウイルスは宿主が感染症と戦う能力を低下させるようであり、クラミジアのような性感染症に対するコアラの極端な脆弱性の一因となる可能性があります。 さらに悪いことに、コアラレトロウイルスは、いくつかの癌の発生にリンクされています。これは、人間の内因性レトロウイルスにも当てはまる可能性があります。

これらの欠点にもかかわらず、コアラは何千年もの間このレトロウイルスと一緒に生きてきました。 何かが攻撃を中和する必要がありましたが、このプロセスを理解するために、科学者はこれらのウイルスがどこに着地し、時間とともにどのように変化しているかを知る必要がありました。

今年7月にコアラゲノムの全配列を発表した科学者の助けを借りて、ライプニッツ研究所でのレーバーの仕事を監督する野生生物疾患の教授であるアレックス・グリーンウッドと、遺伝学および野生生物研究の教授であるアルフレッド・ロカが率いるチームイリノイ大学で、ついにコアラレトロウイルスの侵入地点を明らかにすることができました。 コアラゲノムにより、包括的なレトロウイルス地図作成が可能になり、研究者はゲノム内のコアラレトロウイルスを特定するための基準点を得ることができました。

「コアラの[完全なゲノム]配列を持つことで、[これらのレトロウイルス]がどこにあるかについて、まったく異なる状況がわかりました」と、ラトローブ大学で遺伝学、生態学、進化を研究しているJenny Graves教授は言います。 「これを他の方法で行うことはできません。」

研究者たちは、ウイルスの痕跡の証拠のために、2つの無関係なコアラのゲノムを最初に発掘しました。 彼らは、PhERと呼ばれる別のレトロウイルスの断片に囲まれたコアラレトロウイルスの断片を発見して驚いていました。これは、以前に根を下ろしたコアラゲノムのベテラン居住者です。 PhERはかつてレトロウイルスの侵入者であった可能性がありますが、ずっと後から破損状態に陥りました。 チームは、コアラレトロウイルスの本質的に壊れたバージョンであるPhER-コアラレトロウイルスハイブリッドシーケンスを調べたとき、コアラレトロウイルスの毒性遺伝子を自身のジャンキーシーケンスと組換えプロセスで交換することにより、PhERがコアラレトロウイルスに侵入し、不活性化したことに気付きました。

コアラレトロウイルスとは関係ありませんが、PhERはこの現象を可能にするのに十分な類似点がありました。 遺伝的スイッチャーはコアラレトロウイルスの重要な部分を不活性体ダブルで置き換え、コアラレトロウイルスの兵器庫を効果的に中和し、所定の位置に固定します。 すべての組換えに必要なのは、DNAのストレッチの両側にある2つの同一の「側面」です。新しいセグメントに正しいブックエンドがある限り、致命的な取扱説明書はナンセンスのマニフェストに取って代わることができます。

事実、古代のレトロウイルス要素であるPhERは、コアラレトロウイルスのような新しい侵入者に対するゲノム監視役として機能していました。 PhER自体が何百万年も前にコアラのゲノムを襲撃したとき、それは行き詰まってしまいました。これにより、ウイルスから宿主を病気から守るという既得権益が与えられました。

それで、「あなたが彼らを打ち負かすことができないなら、彼らに参加する」という態度を採用して、PhERは凶悪な悪役から忠実な歩兵になりました。 「ホストゲノムとウイルスゲノムが単一のエンティティになると、お互いに仲良くなることを学ばなければなりません」とロカは説明します。 「まるで、これらの古いウイルスが新しいウイルスに言っているようです。「これは私たちの領土です。混乱させないでください。」」

しかし、PhER側のこの大きな恩赦の行為には、不純な動機もあるかもしれません。 コアラレトロウイルスとの再結合は、競争相手を排除するだけの方法ではありません。PhERが非常に望ましい機械をハイジャックする機会です。 PhERがコアラレトロウイルスの武器を無害な家宝に置き換えた場合、PhERはゲノムの刑務所からそれを破壊できるツールをポケットに入れ、損傷したコアラレトロウイルスをその場で腐敗させる機会があります。

「このプロセスは、コアラレトロウイルスにとってはウイルスにならないので悪いですが、元の内在性レトロウイルスであるPhERには良いのです。増殖できるからです」とグリーンウッドは言います。

PhERが本格的な感染性ウイルスとしてクロスファイアから出現する可能性はほとんどありません。PhERはゲノムに非常に長い時間を費やして費やされています。 新しいレトロウイルスを不具にすることは、PhERにその束縛を取り除く機会を与えるかもしれませんが、最も深刻な結果はコアラレトロウイルス自体によって持続されます。 レーバーは、この病原体のゆっくりとした馴化を観察しているのではないかと疑っています。

実際、コアラレトロウイルスの不活性化には組換えが重要であると思われます。 研究者がオーストラリア全土に分布する166のコアラのゲノムを検索したところ、個々のコアラはゲノムの多くの異なる場所にコアラレトロウイルスの壊れたコピーを持っていることがわかりました。 コアラレトロウイルスはコアラの集団に積極的に拡散していましたが、PhERは敵が足を失うまで何度も何度もハックルを上げていました。 コアラレトロウイルス軍縮の完全な有病率は、PhERとの組換えがコアラ種の正味の陽性であることを示した。

ただし、すべての統合が同等に作成されるわけではありません。 イェール大学で内因性レトロウイルスを研究しているポスドク研究員のマリア・トクヤマによると、コアラのレトロウイルスはゲノム内の非常に多くの前stationに配置されているため、一部は他よりも有利である可能性が高い。 「将来的には、これは特定のグループの生存率に影響を与える可能性があります」と研究に関与しなかった徳山は説明します。

グリーンウッドとロカによると、数十万年後、コアラレトロウイルスの有毒なバージョンは、おそらくその感染性の過去の記憶だけが残るまで、人口から消えるでしょう。 これが起こると、残されたボロボロのヒッチハイカーは、ホストに最も害を与えない場所に配置され、ヒトの古代の内因性レトロウイルスのように、すべてのコアラで同じになります。

もちろん、レトロウイルスがゲノムに定着する唯一の方法は組み換えではありません。 たとえば、最初の侵入は、以前の居住者に頼ることはできませんでした。 宿主の細胞機構がウイルスDNAを直接シャットダウンする場合があります。 または、ウイルスが自身の複製中に間違いを犯した場合、誤って所定の位置にシャックルする可能性があります。 脊椎動物のゲノムには、これらのゲノムの墓が多数あり、それぞれがかつては毒性のあったウイルスの異なる古代の侵入を記念しています。

科学者たちは今後の研究で、ウイルスの壊れたコピーを受け継いだコアラの子孫のゲノムをシーケンスすることにより、コアラレトロウイルスがどのようにゲノムに組み込まれ続けるかを追跡します。 さらに、チームは、脆弱なコアラの減少するコミュニティを維持することを期待して、コアラレトロウイルス、癌、免疫抑制の間のリンクをテストし続ける予定です。

シドニー工科大学の微生物学教授でウィラヒューストンは、この研究に関係していなかったため、「エキサイティング」で「高品質」であると称賛しました。自然界で自然に展開する「本当に美しい科学実験」の観察です。 コアラでクラミジアを研究しているヒューストンは、コアラ全体の将来にとってこれらの発見の重要性を強調しています。 「（この研究の）次の段階は、この種の保護にとってそれが何を意味するかを理解することです」と彼女は言います。

コアラレトロウイルスは、オーストラリアのユーカリをむさぼる有袋類に対してかなり多くのことを行いましたが、トンネルの終わりにはまだ光があるかもしれません。ウイルスと脊椎動物の連合は、予期しない利益をもたらすことがあります。 ウイルスがかかとを掘ると、ホストゲノムは敵の巧妙な仕掛けを活用できる場合があります。 例えば、他の哺乳類では、胎盤の形成はレトロウイルスタンパク質を共選択します。 これがなければ、今日我々が知っている人間は単に存在しません。 おそらく、PhERの防御戦略は、コアラのレトロウイルスもコアラの家主との敵対的でない（または有益な）関係を享受できる時代の前兆です。 将来の世代では、コアラはまだ彼らの最も恐ろしい敵の1人にテーブルを回すかもしれません。