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古代病毒入侵 DNA,如今竟在帮我们对抗外界感染

发布时间:2020-06-23  作者:   分类:W徽生活  
古代病毒入侵 DNA,如今竟在帮我们对抗外界感染

自人类出现以来,人类和病毒的战争就从没停过。像最近流行的 A 型流感、2009 年爆发的 H1N1 疫情、更早的 SARS 等,每一年每一季都有不同形态的病毒出现或捲土重来。病毒和人类看起来是绝对是势不两立,但你知道吗?我们的体内竟然也有大量的基因是来自病毒,而且和我们的免疫系统一起对抗新的病毒。

人类有超过 8% 的 DNA 最早是来自病毒,这些基因大多都记录了我们祖先和早期病毒对抗的过程。这些所谓的「内生」病毒基因在今日大多没有明确的生化意义,但美国犹他大学医学院最新的研究发现,在演化的过程中,我们已经渐渐将这些昔日的敌人转变成和自己同一阵线的助力,这些病毒基因已经成为我们的一部分,做为我们对抗其他病毒的武器。

这项研究 3 月发表于着名科学期刊 Science 上,研究者们报导了一系列镶嵌于人类基因之中的病毒基因,他们可以用于调控人类先天免疫系统中多种角色,影响整个免疫系统。换句话说,我们体内用来对抗包含病毒等外来病原体的防御机制,竟然是透过这些古老敌人留在我们基因里的痕迹。

此研究的共同资深作者,同时也是人类基因学助理教授 Cédric Feschotte 博士表示:「我们在研究过程中发现这些内生的病毒早已影响了我们的生理功能,在哺乳类基因中储存的这些病毒 DNA,在我们的先天免疫系统发展进步的过程之中成为重要的推力。」

人类的先天免疫系统能够综合各项反应击败入侵的病原体,以保护自身生理机能。当我们受到感染时,细胞立刻会释放出干扰素,让周围的其他细胞可以立刻启动防御机制,活化一系列相关的免疫基因,共同击退入侵者。而在这项研究中,科学家利用已有的公开基因组数据资料,将大量的基因数据加以分析,发现了在这些能够被干扰素活化的基因之中,就有几千个是属于内生的反转录病毒的基因。这些病毒基因虽然曾经是人类的敌人,但是经过了几百万年的演变,这些病毒基因早已无法製造病毒颗粒。

研究者们首先认为这些基因有可能参与了免疫系统调控,因为这些基因并不是随机分散的嵌入我们的基因之中,而是主要出现于已知的免疫基因附近。于是科学家们推测,这些病毒基因之所以能够被干扰素活化,便是因为和免疫基因位置相近。

警报系统中许多重要环节来自古代病毒

为了要测试这些病毒 DNA 片段在免疫反应中的重要性,科学家们利用了细胞内的基因编辑工具 CRISPR/Cas9 将免疫基因附近的病毒 DNA 片段一个一个移除,发现在移除了部分外来基因的状态下,邻近的免疫基因竟然没办法被干扰素正常的活化开启。这样的结果也就表示,这些免疫基因的活化转变是需要透过病毒基因才能够完成的。

在这之后,科学家又进一步将 AIM2 这个免疫防御基因附近的病毒 DNA 移除,发现当失去了病毒 DNA,细胞受到其他病毒感染时就无法正常的开启免疫反应,免疫反应的效率及能力大打折扣。综合以上结果,科学家认为这些古代病毒的 DNA 已经成为了我们对抗现今病毒感染的重要因子。由于这些源自病毒的调控开关机制和许多免疫基因位置相近,也就表示了他们够共同来帮助调整我们的细胞防御机制。

此研究的第一作者 Edward Chuong 博士表示:「干扰素所造成的后续反应就像是细胞之间的警报系统,而我们发现有些在这个警报系统之中有许多重要的环节是来自古代病毒。」

这项研究也找到在某些哺乳类动物中,有的内生反转录病毒基因甚至可能能够独立产生干扰素反应。这项线索指出在许多物种的免疫系统中可能都存在着这样的机制,也就是说这样的机制应该并不是特例,而是普遍的现象。

此研究的共同资深作者 Nels Elde 博士认为,先天免疫系统利用这些病毒留下的基因可能不只是偶然发生的意外而已。因为免疫系统长久以来持续受到不同的病原体挑战,在外来病原体快速的演化的同时,免疫系统也会不断的改变策略做为因应。为了要快速的提出新策略,免疫系统将先前病毒所提供的基因留下做为材料,重新组织就成了免疫系统新的配备。

许多病毒(包含反转录病毒)在複製的过程中,会将自己的基因送入宿主的基因之中,而免疫系统在演化的过程中就利用了病毒的这项特性,帮助了自己在病原和宿主永不止息的战争之中,能够持续进步不被打败。

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