Ο ιός δολοφόνος εισβάλλει στο DNA των κοάλα

Στη δεκαετία του 1990, ο Jon Hanger εργαζόταν ως κτηνίατρος μερικής απασχόλησης στο Dreamworld, ένα θεματικό πάρκο στο Κουίνσλαντ της Αυστραλίας. Τα κοάλα είναι σεβαστά στην Αυστραλία, όπου το φυσικό τους περιβάλλον κυμαίνεται στα ανατολικά της χώρας. Όμως τα κοάλα του Dreamworld πέθαιναν. Ένας μεγάλος αριθμός από αυτούς υπέκυψαν σε καρκίνο, ιδιαίτερα σε λευχαιμία και λέμφωμα.

Στον κτηνιατρικό τομέα, οι συστάδες καρκίνου είναι συχνά το σημάδι ενός ρετροϊού, ενός τύπου ιού που εισάγεται στο γονιδίωμα των ξενιστών του. Ο Hanger και οι συνεργάτες του εξέτασαν συνολικά 200 ζώα, αιχμάλωτα και άγρια, και διαπίστωσαν ότι το καθένα εμφάνιζε σημάδια ενός νέου ρετροϊού. Η συγκλονιστική διάχυση υποδηλώνει ότι αντί να μεταδοθεί από ζώο σε ζώο όπως η γρίπη, ο ιός είχε παραπεμφθεί στο σπέρμα και τα ωάρια των κοάλα και μεταδιδόταν από γονέα σε παιδί όπως κάθε άλλο γονίδιο.

Ένα τέτοιο άλμα ρετροϊού στο γονιδίωμα της βλαστικής γραμμής δεν είναι ασυνήθιστο σε εξελικτικά χρονοδιαγράμματα. Όλα τα σπονδυλωτά φιλοξενούν ρετροϊικό DNA, μοριακά λείψανα λοιμώξεων από το μακρινό παρελθόν. Τα ανθρώπινα γονιδιώματα αποτελούνται από περίπου 8 τοις εκατό DNA ρετροϊού.

Αλλά στους ανθρώπους και στα περισσότερα άλλα ζώα, το ιικό DNA εισήλθε στο γονιδίωμά μας τόσο πολύ καιρό πριν που δεν μας αρρωσταίνει πλέον. Στα κοάλα, ωστόσο, η ενσωμάτωση του ιού φαίνεται να συνέβη πολύ πρόσφατα, και είναι ίσως ακόμη και σε εξέλιξη — ένα πρωτοφανές γεγονός στην ιολογία. Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έχουν την ευκαιρία να παρακολουθήσουν τη διαδικασία στα πρώτα της στάδια.

Οι επιστήμονες θέλουν να καταλάβουν πώς οι ρετροϊοί ενσωματώνονται στο γονιδίωμα των ξενιστών τους, επειδή μπορεί να έχει βαθιά επίδραση στην εξέλιξη των ξενιστών. Το ιικό DNA μπορεί να προστατεύσει τα ζώα από περαιτέρω μόλυνση — ένα είδος ολοκληρωμένου ιικού αμυντικού συστήματος. Το νέο ρετροϊικό DNA μπορεί ακόμη και να παρέχει νέα γονίδια. Πράγματι, τέτοιο DNA βοήθησε να σχηματιστεί ο πλακούντας, ο οποίος με τη σειρά του οδήγησε στην άνοδο των θηλαστικών.

Αλλά επειδή οι περισσότερες ρετροϊκές λοιμώξεις συνέβησαν πριν από πολύ καιρό, οι ερευνητές γνωρίζουν σχετικά λίγα για το πώς έγιναν μόνιμο μέρος μας. «Δεν γνωρίζουμε τους παράγοντες που επιτρέπουν σε αυτές τις αλληλουχίες να εισέλθουν στο γονιδίωμα και να γίνουν μέρος της γονιδιακής δεξαμενής», δήλωσε ο Γουέλκιν Τζόνσον, ιολόγος στο Κολέγιο της Βοστώνης. Οι ιολόγοι αναζητούν απαντήσεις στα άρρωστα κοάλα του Κουίνσλαντ.

Εξάπλωση ασθένειας

Δεν είναι τυχαίο ότι ο ρετροϊός κοάλα (KoRV) ανακαλύφθηκε σε ένα θεματικό πάρκο. Σε πολλά μέρη της χώρας όπου ο πληθυσμός των κοάλα έχει υποφέρει από ασθένειες και απώλεια ενδιαιτημάτων, προστατεύονται, καθιστώντας τις ασθένειες κοάλα ιδιαίτερα δύσκολο να μελετηθούν. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να μεταχειριστούν τα κοάλα όπως θα έκαναν τα ποντίκια εργαστηρίου, μολύνοντάς τα σκόπιμα με KoRV για να διερευνήσουν άμεσα τις επιπτώσεις του. Μεγάλο μέρος της έρευνας για το KoRV πραγματοποιήθηκε σε νεκρά ή τραυματισμένα κοάλα που έχουν μεταφερθεί σε κτηνιατρικές κλινικές αφού χτυπήθηκαν από αυτοκίνητα ή επιτέθηκαν από σκύλους.

Και μετά είναι τα νύχια. «Κανένας κτηνίατρος δεν θα χειριζόταν ένα άγριο κοάλα που δεν ήταν ναρκωμένο», είπε η Rachael Tarlinton, κτηνίατρος στο Πανεπιστήμιο του Nottingham που διεξήγαγε μεγάλο μέρος της πρώιμης έρευνας για το KoRV ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Queensland. Αφηγείται την ιστορία του πώς ένας οδηγός βρήκε κάποτε ένα αναίσθητο κοάλα, το έβαλε στο πορτμπαγκάζ του αυτοκινήτου και το οδήγησε στο νοσοκομείο. Κατά την άφιξη, ο Τάρλιντον έπρεπε να βγάλει προσεκτικά το ζώο από το όχημα, καθώς είχε ξυπνήσει καθ' οδόν και είχε βάλει τα νύχια του στον κορμό.

Η Tarlinton παρατήρησε για πρώτη φορά ότι το KoRV ήταν ασυνήθιστο όταν το αναζήτησε σε άγρια ​​κοάλα στο νότο. Ο Tarlinton γνώριζε ότι σχεδόν το 100 τοις εκατό των ζώων που δοκιμάστηκαν στο Κουίνσλαντ, τη βορειοανατολικότερη πολιτεία της Αυστραλίας, είχαν KoRV. Αλλά τα κοάλα της νότιας Αυστραλίας έχουν μια πολύ διαφορετική ιστορία. Στα τέλη του 19ου και στις αρχές του 20ου αιώνα, οι πληθυσμοί του νότου κυνηγήθηκαν σχεδόν μέχρι την εξαφάνιση για τις γούνες τους. Οι πρώτοι οικολόγοι σκοπεύουν να αναβιώσουν τα είδη που μεταφύτευσαν κοάλα σε μερικά από τα απομονωμένα νότια νησιά της χώρας, όπου έχουν ευδοκιμήσει.

Σε μια ανάλυση που δημοσιεύθηκε το 2006, η Tarlinton και οι συνεργάτες της δοκίμασαν 26 κοάλα στο νησί καγκουρό, το οποίο βρίσκεται λίγα μίλια μακριά από τις ακτές της Νότιας Αυστραλίας. Κανένας από αυτούς δεν έδειξε σημάδια του ιού. Εν τω μεταξύ, περιοχές της Αυστραλίας μεταξύ του Κουίνσλαντ και των νότιων νησιών είχαν πληθυσμούς κοάλα με μέτρια επίπεδα KoRV, γεγονός που υποδηλώνει ότι ο ιός βαδίζει νότια.

Η εξάπλωση της ασθένειας υποδηλώνει ότι ο ρετροϊός βρίσκεται στη μέση μιας μεταβατικής περιόδου, τον τύπο της οποίας οι ερευνητές δεν μπόρεσαν ποτέ να μελετήσουν στη φύση. Όταν ένας ρετροϊός μολύνει για πρώτη φορά ένα είδος, μεταδίδεται από ζώο σε ζώο. Ο ρετροϊός αντιγράφεται εντός του ξενιστή ενσωματώνοντας στο γονιδίωμα του ζώου, καθιστώντας αδύνατο για τον ξενιστή να ανακινηθεί. (Μερικές φορές αυτή η εισαγωγή μπορεί να πυροδοτήσει ένα γονίδιο που συνδέεται με τον καρκίνο, εξηγώντας τη σχέση μεταξύ ρετροϊών και καρκίνου.) Ο ιός γίνεται «ενδογενής» όταν παραβιάζει το γονιδίωμα των γεννητικών κυττάρων — εκείνων των κυττάρων που δημιουργούν ωάρια και σπέρμα — μετατρέποντας τον ιό σε μόνιμο μέρος της γονιδιακής δεξαμενής. Επειδή τα γεννητικά κύτταρα μπορούν να σχηματίσουν έμβρυα, ο ιός θα περάσει στους απογόνους όπως και κάθε άλλο γονίδιο.

Οι ερευνητές βρήκαν το DNA του KoRV σε σπέρμα κοάλα, επιβεβαιώνοντας ότι ο ιός έχει πράγματι ριζώσει στη βλαστική σειρά. Αλλά κυκλοφορεί επίσης στην κυκλοφορία του αίματος, κάτι που είναι ασυνήθιστο για ενδογενείς ιούς. Ο συνδυασμός δείχνει ότι ο KoRV εξαπλώνεται ακόμα από ζώο σε ζώο, είπε ο Paul Young, ιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ που μελετά τον KoRV για περισσότερο από μια δεκαετία. "Δεν το είχαμε ξαναδεί αυτό."

Επειδή τα κοάλα βρίσκονται σε αυτή τη μεταβατική περίοδο, οι ερευνητές ελπίζουν να φωτίσουν ένα από τα μεγάλα μυστήρια σχετικά με την εξάπλωση των ρετροϊών:Πώς ένας θανατηφόρος ιός γίνεται ένα με τον ξενιστή χωρίς να σκοτώσει εντελώς τον πληθυσμό του ξενιστή; «Αν μπορείτε να απαντήσετε σε αυτό, μπορείτε να εξηγήσετε το 10 τοις εκατό των γονιδιωμάτων των σπονδυλωτών», είπε ο Alex Greenwood, εξελικτικός ιολόγος στο Ινστιτούτο Leibniz για Έρευνα Ζωολογικών Κήπων και Άγριας Ζωής στο Βερολίνο.

Η ομάδα του Γκρίνγουντ συνέκρινε αλληλουχίες ιών και κοάλα από διαφορετικούς πληθυσμούς στο βορρά και το νότο, οι οποίοι έπρεπε να αντιμετωπίσουν τον ιό για διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Με αυτές τις πληροφορίες ελπίζουν να αποκαλύψουν τις αλλαγές που συμβαίνουν στον ιό προκειμένου να γίνει μέρος του γονιδιώματος.

Φυσικά, ο ρετροϊός δεν εισέρχεται στο γονιδίωμα του ξενιστή μόνο μία φορά. Τα βόρεια κοάλα έχουν οπουδήποτε από 10 έως 300 αντίγραφα του ιού, υποδηλώνοντας ότι εισήλθε στη βλαστική σειρά επανειλημμένα - ίσως δεκάδες χιλιάδες φορές κατά τη διάρκεια εκατοντάδων ή χιλιάδων ετών. Η αρχική μόλυνση θα μπορούσε να έχει εμφανιστεί πριν από 49.000 χρόνια, σύμφωνα με μια γενετική ανάλυση που δημοσιεύθηκε φέτος.

Η ομάδα του Greenwood σχεδιάζει να αναλύσει απολιθώματα κοάλα 10.000 ετών, τα οποία ελπίζουν να τους πουν τι είδους επιπτώσεις είχε η αρχική μόλυνση στο είδος. "Αφού μάθουμε πόσο χρονών είναι πραγματικά ο KoRV, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε δείγματα και απολιθώματα μουσείων για να δούμε αν υπάρχουν στοιχεία ότι τα κοάλα είχαν μια πληθυσμιακή συντριβή που σχετίζεται με την πρώτη εισβολή", είπε.

Ανεξάρτητα από το πότε συνέβη εκείνη η πρώτη μόλυνση, τα χρόνια από τότε το KoRV φαίνεται να έχει χάσει μέρος της ισχύ του. Σε σύγκριση με τον πλησιέστερο συγγενή του, έναν ρετροϊό που μολύνει γίββωνες, ο KoRV έχει αποκτήσει δύο μεταλλάξεις που μειώνουν τη λοιμογόνο δράση του. Εάν ο KoRV ακολουθήσει την πορεία άλλων ενδογενών ρετροϊών, αυτή η τάση θα συνεχιστεί. "Πιστεύουμε ότι σταδιακά θα χάσει την ικανότητά του να βλάψει τον οικοδεσπότη", δήλωσε ο Alfred Roca, γενετιστής στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, Urbana-Champaign.

The Long View

Κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, οι αλλαγές σε έναν ρετροϊό μπορούν ακόμη και να αποφέρουν οφέλη στον ξενιστή. Πράγματι, ένας λόγος που οι επιστήμονες ενδιαφέρονται τόσο πολύ για τους ρετροϊούς είναι η δυνατότητά τους να οδηγήσουν την ανάπτυξη νέων ειδών. «Οι άνθρωποι μιλούν για το πώς τα γονιδιώματα των χιμπατζήδων και των ανθρώπων είναι κατά 96 τοις εκατό πανομοιότυπα, αλλά το ρετροϊικό μέρος του γονιδιώματός μας είναι πολύ πιο διαφορετικό», είπε ο Γκρίνγουντ. "Αυτό το μέρος του γονιδιώματος είναι πολύ ενδιαφέρον και η προσπάθεια κατανόησης του είναι κρίσιμη."

Όταν ένας ρετροϊός εγκαθίσταται μόνιμα στο γονιδίωμα, μπορεί να έχει ευρείες, απρόβλεπτες επιπτώσεις. Οι ιοί φέρουν μηχανήματα για την ενεργοποίηση γονιδίων, τα οποία μπορούν να λειτουργήσουν τόσο στο DNA του ιού όσο και στο DNA του ξενιστή. Και τα κύτταρα έχουν μηχανισμούς για να αποσιωπούν τα ιικά γονίδια, τα οποία μπορούν να απενεργοποιήσουν ακούσια και τα γονίδια των ξενιστών. Περιστασιακά, ιικά συστατικά πυροδοτούν γονίδια ξενιστή που διεγείρουν την ανεξέλεγκτη κυτταρική ανάπτυξη, αλλιώς γνωστή ως καρκίνος. "Πολλοί καρκίνοι εμφανίζονται επειδή οι ίδιοι οι ιοί είναι ισχυρές μηχανές αναπαραγωγής", είπε ο Young.

Πριν από περίπου 40 εκατομμύρια χρόνια, οι πρόγονοί μας των πρωτευόντων υπέστησαν επιδημία ρετροϊού που είχε τεράστιο αντίκτυπο στους απογόνους τους. Καθώς ο ιός ενσωματώθηκε στο γονιδίωμα των πρωτευόντων ξενιστών του, τα περισσότερα από τα γονίδιά του σίγησαν. Αλλά ένα γονίδιο παρέμεινε - ένα γονίδιο που χρησιμοποιούν οι ιοί για να εισέλθουν στο κύτταρο-στόχο τους. Οι πρόγονοί μας των θηλαστικών χρησιμοποίησαν αυτό το γονίδιο, που τώρα είναι γνωστό ως syncytin, για έναν νέο σκοπό:να βοηθήσει στο σχηματισμό του πλακούντα, της σύνδεσης μεταξύ μητέρας και εμβρύου. Είναι αξιοσημείωτο ότι ένα παρόμοιο συμβάν συνέβη πολλές φορές ανεξάρτητα στην εξέλιξη των θηλαστικών, με διαφορετικά ζώα να οικειοποιούνται συγκυτίνες από διαφορετικούς ρετροϊούς.

«Οι ενδογενείς ρετροϊοί είναι τόσο τεράστιο συστατικό των γονιδιωμάτων που η κατανόηση από πού προήλθαν σημαίνει πώς εξελίχθηκαν τα σπονδυλωτά», είπε ο Τζόνσον. "Κατά κάποιο τρόπο νομίζω ότι είναι μια υποτιμημένη πηγή γενετικής μεταβλητότητας."

Ωστόσο, τέτοια πιθανά οφέλη για τα κοάλα παραμένουν στο απώτερο μέλλον. Ενώ ορισμένες κοινότητες κοάλα είναι τόσο άφθονες που θέτουν σε κίνδυνο ορισμένα είδη ευκαλύπτου, την κύρια πηγή τροφής τους, άλλες υποφέρουν καθώς η ανθρώπινη ανάπτυξη εισβάλλει στην επικράτειά τους. Για τα κοάλα της Αυστραλίας, το KoRV κάνει ένα δύσκολο μέλλον χειρότερο.

Σημείωση του συντάκτη:Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε αρχικά με τίτλο "Η επιδημία δολοφόνων εισβάλλει στο DNA του Κοάλα". Αλλάξαμε τον τίτλο στις 6 Μαρτίου για να αντικατοπτρίσουμε το γεγονός ότι μια «επιδημία» είναι ένα ξέσπασμα ασθένειας και επομένως η ίδια δεν μπορεί να εισβάλει στο γονιδίωμα.