Люди на 8% вирусы: зачем эволюция встроила в человеческую ДНК «враждебный» код
Расшифровка генома человека в 2003 году принесла учёным большой сюрприз. Оказалось, что он примерно на 8% состоит из эндогенных ретровирусов (HERV). Получается, что вирусного кода в людях в четыре раза больше, чем собственных генов, отвечающих за синтез белков. Разбираемся, как этот код попал в организм человека и почему природа решила его сохранить.
Как вирусы попали в геном миллионы лет назад
Ретровирусы уникальны тем, что умеют преобразовывать свой РНК-геном в ДНК и встраивать его прямо в хромосомы заражённой клетки хозяина. Обычно соматические инфекции погибают вместе с заболевшим индивидом. Но миллионы лет назад древние вирусы пошли дальше и атаковали клетки зародышевой линии — сперматозоиды и яйцеклетки далёких предков людей.
Если предок выживал после такой инфекции, встроенный вирусный код передавался его потомству по законам генетики. На протяжении геологических эпох эти фрагменты накапливали мутации и теряли способность производить опасные инфекционные частицы. Они превратились в «генетические шрамы» и навсегда закрепились в популяции.
Больше об удивительных особенностях организма человека и других живых существ можно узнать в научно-популярных и документальных фильмах из библиотек онлайн-кинотеатров.
Миф о «мусорной ДНК»
Долгое время в науке преобладало мнение, что эти вирусные фрагменты и другие некодирующие участки — это просто «мусорная ДНК». Учёные считали их сломанным генетическим балластом, который организм таскает за собой по инерции.
Схематичное изображение кариотипа человека. Показывает общий вид генома человека
Но эволюция ничего не хранит просто так. В 2012 году масштабный исследовательский проект ENCODE доказал, что более 80% человеческого генома обладает биохимической функцией. Оказалось, что массивы древних вирусов превратились в плотную сеть регуляторных элементов. Их фрагменты работают как мощные переключатели, которые управляют активностью соседних человеческих генов.
Как люди перестали откладывать яйца
Одно из самых поразительных открытий современной биологии заключается в том, что млекопитающие рождаются живыми только благодаря вирусу. Переход эволюции от откладывания яиц к живорождению потребовал создания сложного барьера — плаценты. Она должна была питать плод и одновременно защищать его от иммунной системы матери, которая в обычных условиях отторгла бы его как чужеродный объект.
Для решения этой задачи организм «приручил» вирусные гены, которые теперь известны как синцитины. Белок синцитин-1 изначально работал как шип на поверхности вируса, помогая ему проникать в клетку. Эволюция перепрофилировала этот белок: он заставляет клетки сливаться в единый слой и сформировать физический барьер в виде плаценты. А белок синцитин-2 использует свои старые вирусные свойства для локального подавления материнского иммунитета.
Вирусный мозг и долговременная память
Вирусное наследие присутствует не только в плаценте, но и в мозге. Нейробиологи выяснили, что белок Arc, который абсолютно необходим для формирования долговременной памяти, является перепрофилированным вирусным белком. Филогенетический анализ показывает, что он достался людям от древних ретротранспозонов около 350–400 миллионов лет назад.
Модель капсида аденовируса
Белок Arc ведёт себя в мозге как настоящий вирус. Во время обучения или получения нового опыта он самопроизвольно собирается в полые капсулы, которые очень похожи на защитные оболочки вирусов. Эти капсулы упаковывают генетический материал (мРНК) и передают его от одного нейрона к другому. Именно этот вирусный механизм передачи информации укрепляет связи между нейронами и позволяет людям сохранять воспоминания на годы.
Симбиотические химеры
Вирусы считаются злейшими врагами людей наравне с патогенными бактериями. Однако наука показывает, что люди — это не «чистые» создания из собственных генов. Это симбиотические химеры, которые природа плела из человеческого и вирусного кода на протяжении сотен миллионов лет.
Болезни, которые в глубокой древности могли уничтожить предков человека, в итоге были усмирены и ассимилировались с человеческим организмом. Именно они подарили возможность живорождения, сложную работу памяти и мощную иммунную систему.
Почему современные обезьяны не становятся людьми: как на самом деле работает эволюция