Vírusbetörés a koalák genetikai állományába: egy tetten ért evolúciós esemény

Egy ausztrál kutatócsoport arra a meghökkentő felfedezésre jutott, hogy az úgynevezett koala-retrovírus csupán az elmúlt száz esztendőben kezdett beépülni az eukaliptuszt fogyasztó erszényesek örökítőanyagába, s a folyamat napjainkban is tart. Ezzel egy olyan jól megfigyelhető, folyamatban lévő evolúciós eseményt sikerült tetten érniük, amelynek feltételezésük szerinti előzménye a koala-retrovírus és a gibbon-leukémiavírus törzsfejlődéstani szétválása lehet. Hogy ezt a tényt igazolják, megkezdték a két vírus közös ősének keresését is.

A koala-retrovírus-t (KoRV; génjeit alapállapotban DNS helyett RNS hordozza) - amely akár tumoros elváltozást is kiválthat a koalák szervezetében - eredetileg endogén retrovírusként azonosították. Az endogén kifejezés arra utal, hogy valamikor az evolúció során ezek az ágensek beépültek az adott faj DNS-ébe, s ott - mint provírus - napjainkig jelen vannak. Fertőzésre, betegség kialakítására már nem(igen) képesek: különböző mutációk akadályozzák őket a normális vírusciklus lezajlásában. Az endogén retrovírusok közönséges, ősi vonásai az emlősök örökítőanyag-készletének (genomjának), s általánosan elfogadott nézet szerint jelenlétük exogén (külső) vírusfertőzés következménye. Ezt a feltevést azonban korábban még senki nem tudta bebizonyítani.

Meglepő eredmények

A KoRV endogén mivoltát eddig azzal magyarázták, hogy jelenlétét az összes addig megvizsgált koala genomjában igazolták. Volt azonban ennek az endogén vírusnak egy szokatlan tulajdonsága, ami kételkedésre adhatott okot: a teljes vírust elő tudták állítani a kísérletekben részt vevő állatok vérsejtjeinek (PBMCs) segítségével. Szintén nem mindennapi felfedezést jelentett az is, hogy a létrejött vírusok DNS-szekvenciáját vizsgálva a kutatók magas szintű hasonlóságot mutattak ki a gibbonmajom-leukémiavírus (GALV) bázissorrendjével (ez a DNS-molekulát alkotó bázisok egymásutánisága, maga a DNS-szekvencia). A GALV a gibbonokban betegséget okozó, exogén vírus.

A fentiek ismeretében a tudósok újabb kísérletsorozatba fogtak. Korábban azt találták, hogy az egyes koalákat tekintve a KoRV-genom példányszáma változó, így most leginkább az egyedi provírusok között mutatkozó variációkra voltak kíváncsiak. Vizsgálataikat olyan állatok fogságban tartott és vad populációival kezdték meg, amelyek nem álltak rokoni kapcsolatban egymással. Mintát vettek egyedeik nyirokcsomóiból, izolálták belőlük a KoRV DNS-t, majd annak bizonyos szakaszait (env, pol) külön-külön összehasonlították. Nagyfokú eltérést tapasztaltak az említett nukleinsavszakaszok mintázatában. Az összes kísérletben részt vevő állatot tekintve egyetlen olyan génszakaszt sem találtak, amely minden egyedben megegyezett volna, s csak néhány olyan együttesre bukkantak, amely a koalák egy kisebb hányadában azonosnak mutatkozott.

Az eredményül kapott mintázat nem jellemző a tipikus endogén retrovírusok mintázatára, esetükben ugyanis jóval magasabb hasonlósági arányokkal kell számolni. Ezután elvégezték a koalák bizonyos vérsejtjeinek (PBMCs) citogenetikai analízisét is (az adott sejt teljes DNS-ének vizsgálata). Az előzővel szemben ez a kenguru endogén retrovírusra (KeRV-1) jellemző, genomban történő elterjedési mintázatot adott. A KeRV-1 a másik olyan endogén retrovírus, amelyet erszényesek esetében sikerült azonosítani.

Az egyre meglepőbb fordulatok alapján lassan körvonalazódni kezdett a végső következtetés: a KoRV variábilitása valójában annak tudható be, hogy evolúciós átmenetet képez egy endogén és egy exogén elem között. Dinamikus interakció zajlik a vad koalapopulációk genomja és a vírus DNS-e között, azaz tanúi lehetünk egy olyan evolúciós eseménynek, amelynek során egy retrovírus betör egy emlős genomjába, s lassan elárasztja azt. Egyedülálló lehetőség kínálkozik tehát a jelenség tanulmányozására, a virális endogenizáció mechanizmusának és következményeinek megértésére. A kísérletek a továbbiakban már teljes mértékig ennek fényében zajlottak.

További érdekességek

A kutatók elkezdték keresni a KoRV azon jellemvonásait, amelyek az exogén vírusokra jellemzőek. Korábbi vizsgálatok azt állapították meg, hogy a koala-retrovírus csonka darabok formájában található az állatok genomjában (endogén tulajdonság), ám az újabb, céltudatosabb analízis teljes vírusgén-darabok jelenlétét tárta fel néhány koala örökítőanyagában. Ez a vírus funkcionális aktivitására utal, azaz exogén tulajdonság.

A KoRV vírusburokkal, más néven enveloppal rendelkezik. A vírusburok génje az env, amely tartalmaz egy olyan régiót, ahol a bázissorrend az egyes vírusokat tekintve is nagymértékű eltéréseket mutat. Az ilyen génszakaszokat általánosan hipervariábilis régiók-nak nevezik, s ezek biztosítják az adott struktúra - jelen esetben a vírus - változékonyságát, környezetéhez való alkalmazkodó képességének (itt fertőző képességének) megőrzését.

Az env gén hipervariábilis régiója a koalákban megőrizte eredeti funkcióját, ami szintén exogén vonás, ám ez egyéb, az env gént érintő, úgynevezett csendesítő mutációk következményeként nem tud érvényre jutni.

Ezeken felül még több olyan strukturális tulajdonságot is kimutattak a KoRV-vírus fehérjeburkát illetően, amelynek bizonyos funkcióért felelős egységei felépítésbeli egyezését mutatnak más hasonló funkcióval rendelkező vírusok homológ részeivel. Az effajta azonosság miatt neveznek például két fajt funkcionális kvázi-fajoknak. A funkcionális kvázi-fajok működését tehát olyan mutációk kísérik, amelyek az említett egységek funkciójáért felelős gén szakaszait egyik faj esetében sem érintik. A szelekció ezen típusát exogén vírusok esetében többen leírták már, ám endogén vírusokra - amelyek funkcióvesztés következtében inaktívak - ez nem jellemző.

Arra, hogy pontosan mit is nevezünk endogén vírusnak, nem létezik általánosan elfogadott definíció a szakirodalomban. Abban azonban a legtöbb forrás egyetért, hogy egy ilyen ágensnek be kell épülnie a csíravonalba, s a mendeli törvények útján kell öröklődnie. Ennek alapján a kutatók a koalák spermasejtjeit kezdték vizsgálni, s megtalálták azok génállományában a koala-retrovírus örökítőanyagát, vagyis igazolták a KoRV jelenlétét a csíravonalban.

Ezt a megállapítást rokoni kapcsolatban álló, fogságban tartott egyedek vizsgálata követte. Kimutatták bennük a vírus jelenlétét, majd a kapott szekvenciákat összevetették a korábban, a nem rokon egyedek vérmintáiból kinyert vírus-DNS-ekkel. A kísérlet most a vártnak megfelelő eredménnyel szolgált: a vírusmintázat-beli hasonlóság a rokon egyedek között jóval nagyobbnak mutatkozott (három generáción keresztül), mint a nem rokon egyedeknél. Az utódok egyéni vírusmintázatait is analizálták, ami nem fedett fel nagymértékű variábilitást az adott egyedek szövetein belül. Ezek a jellemvonások endogén tulajdonságoknak tekinthetők.

A megoldás a földrajzban rejlik

A fenti érdekességek végül arra sarkallták a szakembereket, hogy az Ausztrália-szerte vadon élő nagyobb koalapopulációk egyedeinek vérmintáját begyűjtsék és megvizsgálják. Az eredmények újfent meglepték a kutatókat: a KoRV nem volt jelen valamennyi állatcsoportban. Meghatároztak azonban egy földrajzi vírustelítettségi gradienst: a queenslandi (Észak-Ausztrália) populációkból származó mintákban egységesen detektálták a vírust, míg dél felé haladva a kép vegyessé vált - feltűntek a vírusmentes csoportok. Vízválasztónak a Dél-Ausztrália partjaihoz közel fekvő kenguru-szigeteki populációk számítanak, ahol egyetlen koala esetében sem tudták kimutatni a KoRV jelenlétét. A fertőzés tehát északról dél felé terjed.

A vegyes populációk tekintetében a vírus terjedése feltételezhetően mind exogén, mind endogén úton végbemegy. Erre utal, hogy a hatvanhárom dél-queenslandi KoRV-fertőzött erszényes közül háromban daganatos elváltozásokat diagnosztizáltak, azaz kapcsolat lehet a vírusfertőzés és a betegség kialakulása között.

A XIX. század végi, XX. század eleji rablóvadászatoknak köszönhetően a koalákat majdnem kipusztították Ausztráliában, ezért túlélő állományukat az 1900-as évek elején a környező szigetekre (például a Kenguru-szigetekre) telepítették. Szigorú őrizetüknek köszönhetően azóta is izoláltan maradhattak fenn. Ezekből a populációkból próbálják most folyamatosan visszatelepíteni őket a szárzföldre.

A fent említett "túlélő csoportok" az újranépesítés mellett a kutatásnak is fontos állomását képezik: ezek azok a populációk, amelyekben csak alacsony gyakorisággal sikerült kimutatni a koala-retrovírust. Ez azt sugallja, hogy az alapító állományban nem volt jelen a KoRV, azaz a vírusnak csupán az elmúlt száz esztendő állt a rendelkezésére a koala-genom meghódítására, ami a fentieket figyelembe véve a mai napig tart.

Evolúciós jelentőség

További érdekességeket tárhat fel a KoRV és a gibbon-leukémiavírus bázissorendjének hasonlósága. Egyelőre pusztán feltevésnek számít közeli rokonságuk gondolata. Mindenesetre az elmondottakra alapozva a kutatók azt feltételezik, hogy a KoRV és a GALV az evolúciós időskálán mérve nemrég válhatott ketté, s már bele is fogtak a közös ős keresésébe.

Sokat kutatták már az endogén retrovírusokat például egérben és disznóban is, de folyamatban lévő endogenizációról még ez idáig senki nem tudott beszámolni. Most ennek az emlősök körében - ide értve természetesen az embert is - szinte univerzálisnak számító jelenségnek a tanulmányozására természetes körülmények között adódik lehetőség. Mechanizmusának feltárása olyan alapkérdésekre adhat választ, mint például az, hogy mi lehet a szerepe az endogén retrovírusoknak a gazdaszervezet életében.

Török Katalin