Placente se češće povezuju sa sisarima, kao što su miševi i ljudi: to su placentalni sisari. Ali i druge vrste životinja su takođe razvile placente.
Mabuja gušteri koji žive u planinama Anda u Kolumbiji nisu poput ostalih gmizavaca. Dok većina gmizavaca polaže jaja sa tvrdom ljuskom, neke vrste mabuja rađaju žive mlade. Najvažnije je da majke imaju placente: specijalizovane organe za ishranu mladih u razvoju u njihovim telima.
Placente se češće povezuju sa sisarima, kao što su miševi i ljudi: mi smo placentalni sisari. Ali druge vrste životinja su takođe razvile placente. A 2001. godine zoolozi Marta Patriša Ramirez-Pinilja i Adrijana Herez sa Industrijskog univerziteta Santander u Bukaramangi, Kolumbija, otkrile su da mabuja gušteri imaju izuzetno naprednu placentu, koja se ne razlikuje previše od naše.
Iako je ovo bilo dovoljno iznenađujuće za reptile, koji obično polažu jaja, pravo otkriće je došlo 16 godina kasnije, kada se Ramirez-Pinilja udružila sa genetičarom Tijerijem Hajdmanom sa Instituta Gustav Rosi u Parizu i njegovim kolegama. Otkrili su da gušteri imaju gen koji je neophodan za formiranje placente, a taj gen potiče od virusa.
U poslednjih 25 miliona godina, preci guštera su bili zaraženi virusom koji je ugradio deo sopstvene DNK u njihov genom. Ali umesto da budu povređeni, gušteri su nekako preuzeli DNK virusa i koristili je da razviju svoje prve placente. Zahvaljujući virusu, gušteri su razvili novi organ.
„Sticanje genoma se poklopilo sa prelaskom sa neplacentalnog na placentalnog guštera", kaže Hajdman.
Otprilike desetina ljudskog genoma potiče od virusa, a ta virusna DNK je odigrala ključnu ulogu u našoj evoluciji. Neki od njih su bili izvor placente sisara. Drugi delovi su uključeni u naš imuni odgovor protiv bolesti i u formiranje novih gena. Bez virusa, ljudi ne bi mogli evoluirati.
Virusi su toliko jednostavni da ih mnogi biolozi ne smatraju potpuno živima. Svaki virus je u suštini mikroskopski paket genetskog materijala. Oni mogu da se razmnožavaju samo inficiranjem živih ćelija: podrivaju ćelijsku mašineriju kako bi pravili svoje kopije. Pri tome često razbole svoje domaćine.
Virusi koji ubacuju sopstveni genetski materijal u genom domaćina nazivaju se retrovirusi. Njihova priroda je prvi put shvaćena 1960-ih i 1970-ih, iako su neki bili izolovani decenijama ranije. Nakon sugestije iz 1964. da bi neki virusi mogli da kopiraju sopstveni genetski materijal u DNK svojih domaćina, istraživači su identifikovali DNK virusnog porekla u genomima pilića.
Iako je to velika i raznolika grupa virusa, trenutno se zna da samo četiri retrovirusa inficiraju ljude. Svi su otkriveni 1980-ih: humani T-limfotropni virus 1 (HTLV-1), koji izaziva oblik raka, zajedno sa blisko povezanim HTLV-2; i virus humane imunodeficijencije (HIV) tipa 1 i 2, koji izazivaju sidu.
Ako retrovirus inficira ćeliju u plućima ili koži osobe, to može biti loše za osobu, ali ima ograničene posledice po evoluciju naše vrste jer se ova DNK ne prenosi na sledeću generaciju. Međutim, ponekad retrovirus uđe u zametnu liniju: ćelije koje daju jajne ćelije i spermu, gde virusna DNK može da se prenese na naše potomstvo. Ovi delovi virusne DNK se nazivaju endogeni retrovirusi ili ERV. Upravo ovi nasledni delovi virusne DNK mogu da promene tok evolucije.
ERV-ovi svuda
Razmere ljudskih ERV-ova otkrivene su kada je 2001. godine objavljen prvi nacrt ljudskog genoma. „Ispostavilo se da postoji ogromna količina virusne sekvence", kaže Hajdman. Oko 8% ljudskog genoma se sastoji od ERV-a.
Neki od njih su drevni. Jedna studija iz 2013. identifikovala je ERV na ljudskom hromozomu 17 koji je star najmanje 104 miliona godina, a verovatno je i stariji. To znači da je to rezultat virusa koji je zarazio sisara tokom eri kada su dinosaurusi vladali Zemljom. ERV se nalazi samo kod sisara sa placentom, tako da se možda integrisao ubrzo nakon što su se placentalni sisari odvojili od svojih tobolčarskih rođaka.
ERV-ovi takođe nisu ograničeni na sisare i gmizavce. „Svi kičmenjaci imaju endogene retroviruse", kaže molekularna virološkinja Nikol Grandi sa Univerziteta u Kaljariju u Italiji.
Većina ljudskih ERV nije jedinstvena za našu vrstu, već se može naći i kod barem nekih drugih primata, kao što su šimpanze. To znači da su ušli u genome primata pre nekoliko miliona godina, mnogo pre nego što je naša sopstvena vrsta evoluirala, a mi smo ih potom nasledili od naših predaka majmuna.
Zanimljivo je da nema dokaza da su novi ERV ušli u ljudski genom u poslednjih nekoliko hiljada godina. Jedini retrovirusi sa kojima se naša vrsta trenutno mora suočiti su HTLV i HIV, kaže Grandi, a nije prijavljeno da nijedan od njih inficira ćelije zametne linije.
"Trenutno ne možemo da vidimo aktivnu endogenizaciju kod ljudi", kaže Grandi.
Ovo je u potpunoj suprotnosti sa nekim drugim vrstama. Koale trenutno napada retrovirus koala (KoRV), nalazi se u nekim populacijama koala, ali ne i u drugim, što genetičarima omogućava da posmatraju „invaziju genoma u realnom vremenu".
Poreklo placente
Ljudski ERV su prvobitno smatrani neaktivnim „fosilnim sekvencama" ili delom „smeće DNK" genoma. Međutim, ispostavilo se da su mnogi ljudski ERV aktivni.
ERV-ovi koji se najviše proučavaju u ljudskom genomu nazivaju se HERV-V, a prvi put su opisani 1999. godine. Oni kodiraju proteine zvane sincitini, koji se nalaze u placenti. Baš kao i kod guštera mabuja, ovi virusni geni su neophodni za formiranje placente.
Ova veza između virusa i placente ima smisla kada uzmete u obzir šta sincitini zapravo rade. Ovi proteini imaju sposobnost spajanja dve ili više ćelija u jednu. Kada su bili virusni proteini, virus ih je koristio da se spoje sa spoljašnjom membranom ćelije i tako je inficiraju. Ovu sposobnost fuzije je preuzela placenta. Spajanjem ćelija majke i ćelija iz embriona, placenta može preneti hranljive materije embrionu i izvući otpad.
I to nije samo kod ljudi. Slični proteini sincitina nalaze se i kod drugih majmuna, poput gorila. Novije studije su pokazale da su retrovirusi više puta inficirali sisare tokom njihove evolucione istorije, tako da različite grupe sisara često imaju različite sincitine izvedene iz različitih retrovirusa.
„Pretpostavljamo da je u stvari došlo do osnivanja ERV-a pre 150 miliona godina, što je dovelo do pojave placentalnih sisara", kaže Hajdman. Od tada se čini da su ponovljene infekcije prebrisale taj originalni ERV, tako da se ne može naći ni kod jednog živog sisara. Studija o gušteru mabuja bila je važna jer je pokazala da su gušteri stekli posteljicu tek nakon što su prvi put dobili ERV od virusa - što sugeriše da se ista stvar dogodila i kod pretka svih placentnih sisara. „To je pokazalo vezu između sticanja placente i sticanja sincitina", kaže Heidmann.
Priča o sincitinima i placenti jedan je od najdramatičnijih primera virusne DNK koja utiče na evoluciju. Posebno je vredno pažnje jer je kompletan virusni gen preživeo u ljudskom genomu i kodira protein. Mnogi drugi ERV ne kodiraju proteine, ali i dalje imaju funkcije.
Neke igraju ulogu u matičnim ćelijama: višenamenskim ćelijama koje se nalaze u razvoju embriona. Neke matične ćelije su pluripotentne, što znači da se mogu razviti u bilo koju vrstu ćelije u telu, od neurona do mišićnih vlakana.
Porodica retrovirusa zvanih HERV-H neophodna je za pluripotenciju. Međutim, oni ne kodiraju proteine. Umesto toga, HERV-H sekvence se kopiraju na molekule zvane RNK, i one održavaju ćeliju pluripotentnom.
„Ako su potisnute, onda se morfologija ćelije menja i ona gubi sposobnost da održi svoje nediferencirano stanje", kaže virološkinja Kristin Kozak sa Nacionalnog instituta za alergije i infektivne bolesti u Betezdi, Merilend.
Drugi ERV regulišu aktivnost gena, a samim tim i kontrolišu telesne procese. Na primer, naša tela koriste enzim koji se zove amilaza da razgradi ugljene hidrate, poput skroba u našoj hrani.
"Imamo amilazu u pankreasu i imamo amilazu u ustima u pljuvački", kaže Grandi. Gen amilaze se aktivira u pljuvačnoj žlezdi pomoću DNK sekvence koja se naziva promotor - koja dolazi iz ERV-a.
Virusi koji nas održavaju zdravima
S obzirom na to da ERV potiču od virusa, mnogi naučnici su zainteresovani za njihovu ulogu u zdravlju i bolestima. Jedan takav primer su 2022. godine opisali istraživači predvođeni Sedrikom Fešotom, molekularnim biologom i genetičarom sa Univerziteta Kornel u Itaki u Njujorku. Tim je pokušavao da pronađe kod ljudi primer fenomena koji je već dobro poznat kod drugih životinja - ponekad, ERV geni kodiraju proteine koje imuni sistem može preuzeti i koristiti za borbu protiv drugih virusa. Ciljni virusi mogu biti blisko povezani sa virusom koji je uopšte doveo do ERV-a. Fešot kaže da su antivirusni proteini iz ERV-a proučavani kod miševa, pilića i mačaka.
„Ali koliko ja znam, nije bilo primera za to u ljudskom genomu", kaže on.
Tim je skenirao poznate ERV-ove u ljudskom genomu i identifikovao stotine sekvenci koje bi potencijalno mogle da kodiraju antivirusne proteine. Zatim su se usredsredili na jedan gen koji se zove Supresin, koji kodira protein sličan onima koji čine spoljašnje omotače virusa. Supresin protein blokira ulazak retrovirusa u ćelije, jer se vezuje za receptore na spoljašnjoj membrani ćelije koje bi virusi sami koristili da uđu u ćeliju. Fešot to poredi sa umetanjem polomljenog ključa u bravu, sprečavajući bilo koga da otključa vrata.
Supresin se uglavnom nalazi u placenti i embrionu u razvoju. Ovo sugeriše da je njegova prvobitna upotreba bila da spreči retroviruse da inficiraju embrione, koji imaju veoma slab imuni sistem.
"To je zaštita za zametnu liniju, a ne za organizam u celini", kaže Fešot.
Ali on veruje da ERV verovatno rade mnogo više u našem imunološkom sistemu.
„Imamo 1.500 kandidata", kaže on. "To je mnogo gena."
Iako mnogi genetičari i dalje misle o ERV-ima kao inertnim ili neispravnim, to je pogrešno.
"Oni se raspadaju, ali i dalje prave RNK i još uvek prave mnogo proteina", kaže Fešot. „Moramo to dobro da pogledamo."
A šira slika se i dalje pojavljuje - studija objavljena u aprilu 2023. pokazala je da neki ERV-ovi pomažu imunološkom sistemu da cilja kancerogene ćelije.
Da li ERV čine ljude bolesnima?
Ali iako nas mogu zaštititi od bolesti, ne bi bilo iznenađujuće ako bi neki ERV takođe mogli biti odgovorni za stvaranje negativnih uticaja na zdravlje ljudi.
„Trenutno postoji veliko interesovanje za mogućnost da se ljudski ERV-i mogu povezati sa bolešću", kaže Kozak. "U ovom trenutku postoji mnogo sugestija, ali ne i dokaza."
Za Fešota je ključno da razmislimo o tome šta tačno rade ERV-ovi.
„Od kada su otkriveni endogeni retrovirusi, ljudi su pokušavali da ih povežu sa rakom", kaže on. To je zato što su prvi otkriveni kod životinja izazivali rak. Finansijeri su "ulili tone novca" u istraživanje ERV-a u nadi da će otkriti mehanizme raka, a time i potencijalne tretmane. „Mnogi ljudi su se vratili praznih ruku."
Ključna stvar je da ljudski ERV nisu sposobni da formiraju viruse, koji bi potom mogli da inficiraju druge ćelije. „U mišu ima dosta, kao i kod pilića", kaže Fešote. "Oni izazivaju sve vrste bolesti."
Ali ljudski ERV-i su stavljeni pod veliki nivo kontrole ostatka genoma, tako da ne izazivaju virusne infekcije.
„Mislim da je to mnogo suptilnije i verovatno u vezi sa regulacijom ili disregulacijom gena", kaže Fešot. Pošto su ERV-ovi tako široko rasprostranjeni u ljudskom genomu, oni mogu koordinirati aktivnosti više gena koji su razdvojeni ogromnim nizovima. Mnogim telesnim procesima su potrebni geni da se uključe i isključe u preciznim sekvencama, a ERV igraju veliku ulogu u kontroli toga. "Sada ponovo razmatramo ulogu ovih stvari u bolesti, ali kroz različite mehanizme."
Uloga ERV-a u bolestima je za sada skrivena. Ali ono što je jasno je da su oni motor evolucije. Ubacivanjem novih delova DNK u naš genom, virusi su podstakli ogromne promene u našem genetskom sastavu. Jednom kada su ERV-ovi postavljeni, oni mogu pokrenuti umnožavanje ili brisanje delova DNK - i ako su promene korisne, one se šire. Nijedna životinja, uključujući ljude, ne bi postojala u svom sadašnjem obliku bez njih.
Mnogi od nas imaju DNK, oko 2% našeg genoma, od neandertalaca. Neke populacije takođe imaju nešto DNK iz druge izumrle grupe hominina, denisovana. I svi mi dobijamo oko 8% našeg genoma od virusa.
"Ako razmislite o katalogu ljudskih gena, to je skoro egzistencijalno pitanje", kaže Fešot. Poznato je oko 20.000 gena koji kodiraju proteine, a uporediva količina naše DNK potiče od virusa. "To je nekako zapanjujuće."
(EURACTIV.rs)