Războiul genetic din spatele evoluției rapide: cum se adaptează virusurile și genele esențiale
Evoluția nu se desfășoară întotdeauna pe durate de mii de ani. În unele cazuri, schimbările genetice apar în doar câteva generații, iar laboratorul condus de Harmit Malik, investigator la Howard Hughes Medical Institute și cercetător la Fred Hutchinson Cancer Center, studiază tocmai aceste transformări rapide. Punctul central al cercetărilor îl reprezintă conflictele genetice — competiții între entități diferite care încearcă să își maximizeze succesul în detrimentul altora.
„Aceste reguli nu doar că ne ajută să privim în urmă în evoluție și să înțelegem cum s-au desfășurat aceste curse ale înarmării, dar ne permit și să privim înainte și să venim cu strategii noi”, explică Malik.
Un „termostat viral” pentru adaptarea la gazde diferite
Una dintre competițiile studiate de echipă privește alfavirusurile transmise de țânțari, precum Sindbis și chikungunya, și gazdele lor. Aceste virusuri reușesc să infecteze atât insecte, cât și oameni, în ciuda temperaturilor corporale și a sistemelor imunitare diferite. Echipa, inclusiv cercetătorul postdoctoral Tamanash Bhattacharya, a descoperit recent un sistem fin calibrat care permite această versatilitate.
Un codon stop special din genomul virusului, care semnalează celulei să oprească producția de proteine, permite un echilibru fin: virusul produce suficientă cantitate dintr-o poliproteină critică pentru a supraviețui, dar nu atât de mult încât să încetinească alte procese și să îi scadă fitness-ul. La oameni, unde temperatura corporală este mai ridicată și replicarea se produce rapid, virusul se bazează pe acest codon, numit codon opal, pentru a realiza acest echilibru. La țânțari, unde temperaturile sunt mai scăzute și replicarea este mai lentă, acest echilibru nu este necesar, iar virusul nu depinde de codonul special.
Cum se ascund virusurile de sistemul imunitar
Aceste observații au dus la o nouă întrebare: de ce codonul opal se regăsește încă în alfavirusurile care infectează doar țânțari, deși proprietățile sale speciale nu sunt necesare? Într-o cercetare ulterioară, tot sub coordonarea lui Bhattacharya, echipa a constatat că, atât la oameni, cât și la insecte, codonul opal permite virusului să creeze un compartiment în care se poate replica fără a fi detectat de sistemul imunitar al gazdei. Dacă codonul opal se pierde, replicarea virală devine mai vizibilă și mai vulnerabilă la răspunsul imun.
„Acesta este unul dintre cele mai simple și mai elegante moduri de a te ascunde de imunitate, iar faptul că este conservat universal la alfavirusuri nu face decât să sublinieze cât de important este”, spune Malik.
Echipa lucrează acum pentru a înțelege și alte strategii încorporate pe care aceste virusuri le folosesc pentru a prospera în gazde diferite, inclusiv capacitatea de a-și crește rapid fitness-ul într-o gazdă în detrimentul celeilalte. „Învățarea regulilor prin care fac acest lucru ne oferă perspective asupra posibilităților adaptive pe care aceste genome le pot experimenta”, afirmă Malik. „Acest lucru este important deoarece orice încercare de a crea antivirale noi va trebui să țină cont de ele.”
Genele esențiale evoluează cel mai rapid
Poate părea contraintuitiv, dar genele esențiale de care organismele au nevoie pentru a supraviețui, a crește și a se reproduce se numără adesea printre cele care evoluează cel mai rapid. Laboratorul Malik investighează aceste schimbări și motivele din spatele lor.
O cercetare publicată în Science Advances, condusă de studentul absolvent Jeremy Hollis, analizează HJURP, o proteină chaperon care marchează centromerul, locul unde cromozomii sunt separați în timpul diviziunii celulare. În ciuda importanței sale, oamenii de știință nu au putut găsi HJURP la multe animale. Echipa a folosit detectarea îndepărtată a homologiei, modelarea structurală bazată pe AlphaFold și tehnici de genetică funcțională pentru a arăta că majoritatea animalelor au totuși HJURP. Deoarece proteina evoluează atât de rapid, posibil pentru a ține pasul cu alte componente ale centromerului care se schimbă la fel de repede, instrumentele convenționale nu au putut să o detecteze.
O altă cercetare, publicată tot în Science Advances și condusă de fostul cercetător postdoctoral Ching-Ho Chang, a investigat Mst77F, o protamină care ambalează ADN-ul în spermatozoizii muștei de fructe. Protaminele, esențiale pentru fertilitatea masculină, se numără printre genele care evoluează cel mai rapid la animale, iar oamenii de știință nu reușeau să explice de ce. Echipa Malik a descoperit că Mst77F evoluează rapid pentru a suprima o formă de „trișare” genetică ce ucide spermatozoizii purtători de cromozom X și deviază descendența spre masculi.
