Studiul de urmărire a adaptării proteinelor de-a lungul a milioane de ani oferă informații relevante pentru combaterea virusurilor de astăzi

Lupta constantă dintre agenții patogeni și gazdele lor a fost recunoscută de multă vreme ca un factor cheie al evoluției, dar până acum oamenii de știință nu au avut instrumentele necesare pentru a privi aceste tipare la nivel global între specii și genomi. Într-un nou studiu, cercetătorii aplică analize de date mari pentru a dezvălui amploarea completă a impactului virușilor asupra evoluției oamenilor și a altor mamifere.

dovedit

Descoperirile lor sugerează un uimitor 30 la sută din toate adaptările proteinelor, deoarece divergența oamenilor cu cimpanzeii a fost determinată de viruși.

„Când aveți o pandemie sau o epidemie la un moment dat în evoluție, populația vizată de virus fie se adaptează, fie dispare. Știam asta, dar ceea ce ne-a surprins cu adevărat este puterea și claritatea modelului pe care l-am găsit, ", a declarat David Enard, Ph.D., un postdoctoral la Universitatea Stanford și primul autor al studiului. "Este pentru prima dată când s-a dovedit că virușii au un impact atât de puternic asupra adaptării."

Studiul a fost publicat recent în revista eLife și va fi prezentat la The Allied Genetics Conference, o întâlnire găzduită de Genetics Society of America, pe 14 iulie.

Proteinele îndeplinesc o gamă largă de funcții care ne mențin celulele bifate. Prin dezvăluirea modului în care micile modificări ale formei și compoziției proteinelor au ajutat oamenii și alte mamifere să răspundă la viruși, studiul ar putea ajuta cercetătorii să găsească noi potențiale terapeutice împotriva amenințărilor virale actuale.

„Învățăm ce părți ale celulei au fost folosite pentru a combate virusurile în trecut, probabil fără efecte dăunătoare asupra organismului”, a declarat autorul principal al studiului, Dmitri Petrov, dr., Michelle și Kevin Douglas, profesor de biologie. și președinte asociat al Departamentului de biologie de la Stanford. Acest lucru ar trebui să ne ofere o perspectivă asupra punctelor de presiune și să ne ajute să găsim proteine ​​pentru a investiga noi terapii.

Cercetările anterioare privind interacțiunile dintre viruși și proteine ​​s-au concentrat aproape exclusiv pe proteinele individuale care sunt direct implicate în răspunsul imun - cel mai logic loc la care v-ați aștepta să găsiți adaptări conduse de viruși. Acesta este primul studiu care analizează la nivel global toate tipurile de proteine.

„Marele progres aici este că nu doar proteinele imune foarte specializate se adaptează împotriva virușilor”, a spus Enard. Aproape orice tip de proteină care intră în contact cu virușii poate participa la adaptarea împotriva virușilor. Se pare că există cel puțin la fel de multă adaptare în afara răspunsului imun ca în interiorul acestuia.

Primul pas al echipei a fost identificarea tuturor proteinelor despre care se știe că interacționează fizic cu virușii. După ce a analizat cu atenție zeci de mii de rezumate științifice, Enard a redus lista la aproximativ 1.300 de proteine ​​de interes. Următorul său pas a fost să construiască algoritmi de date mari pentru a parcurge bazele de date genomice și a compara evoluția proteinelor care interacționează cu virusul cu cea a altor proteine.

Rezultatele au arătat că adaptările au avut loc de trei ori mai frecvent în proteinele care interacționează cu virusul, comparativ cu alte proteine.

"Suntem cu toții interesați de modul în care noi și alte organisme am evoluat și de presiunile care ne-au făcut ceea ce suntem", a spus Petrov. „Descoperirea că această luptă constantă cu virușii ne-a modelat în toate aspectele - nu doar puținele proteine ​​care luptă împotriva infecțiilor, ci totul - este profundă. Toate organismele trăiesc cu viruși de miliarde de ani; această lucrare arată că acele interacțiuni au avut a afectat fiecare parte a celulei. "

Virușii deturnă aproape fiecare funcție a celulelor unui organism gazdă pentru a se replica și răspândi, astfel încât este logic că acestea ar conduce evoluția mașinilor celulare într-o măsură mai mare decât alte presiuni evolutive, cum ar fi prădarea sau condițiile de mediu. Studiul aruncă lumină asupra unor mistere biologice de lungă durată, cum ar fi de ce speciile strâns legate au dezvoltat diferite mașini pentru a îndeplini funcții celulare identice, cum ar fi replicarea ADN-ului sau producția de membrane. Cercetătorii nu știau anterior ce forță evolutivă ar fi putut provoca astfel de schimbări. "Această lucrare este prima cu date suficient de mari și suficient de curate pentru a explica o mulțime de aceste puzzle-uri dintr-o singură lovitură", a spus Petrov.

Echipa folosește acum descoperirile pentru a aprofunda epidemiile virale din trecut, în speranța unor informații care să ajute la combaterea bolilor de astăzi. De exemplu, virusurile asemănătoare cu HIV au străbătut populațiile strămoșilor noștri, precum și alte specii de animale în mai multe puncte de-a lungul istoriei evoluției. Privind efectele unor astfel de viruși asupra anumitor populații ar putea rezulta o nouă înțelegere a războiului nostru constant cu viruși - și cum am putea câștiga următoarea mare bătălie.

Acest studiu va fi prezentat joi, 14 iulie între orele 11:15 - 11:30 în timpul sesiunii de selecție naturală și adaptare, Crystal Ballroom J1 ca parte a Conferinței Allied Genetics, Orlando World Center Marriott, Orlando, Florida.

Această lucrare este finanțată prin subvențiile NIH R01GM089926 și R01GM097415.