古代病毒入侵 DNA,如今竟在幫我們對抗外界感染

作者 | 發布日期 2016 年 05 月 14 日 0:02 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

自人類出現以來,人類和病毒的戰爭就從沒停過。像最近流行的 A 型流感、2009 年爆發的 H1N1 疫情、更早的 SARS 等,每一年每一季都有不同形態的病毒出現或捲土重來。病毒和人類看起來是絕對是勢不兩立,但你知道嗎?我們的體內竟然也有大量的基因是來自病毒,而且和我們的免疫系統一起對抗新的病毒。



人類有超過 8% 的 DNA 最早是來自病毒,這些基因大多都記錄了我們祖先和早期病毒對抗的過程。這些所謂的「內生」病毒基因在今日大多沒有明確的生化意義,但美國猶他大學醫學院最新的研究發現,在演化的過程中,我們已經漸漸將這些昔日的敵人轉變成和自己同一陣線的助力,這些病毒基因已經成為我們的一部分,做為我們對抗其他病毒的武器。

這項研究 3 月發表於著名科學期刊 Science 上,研究者們報導了一系列鑲嵌於人類基因之中的病毒基因,他們可以用於調控人類先天免疫系統中多種角色,影響整個免疫系統。換句話說,我們體內用來對抗包含病毒等外來病原體的防禦機制,竟然是透過這些古老敵人留在我們基因裡的痕跡。

此研究的共同資深作者,同時也是人類基因學助理教授 Cédric Feschotte 博士表示:「我們在研究過程中發現這些內生的病毒早已影響了我們的生理功能,在哺乳類基因中儲存的這些病毒 DNA,在我們的先天免疫系統發展進步的過程之中成為重要的推力。」

人類的先天免疫系統能夠綜合各項反應擊敗入侵的病原體,以保護自身生理機能。當我們受到感染時,細胞立刻會釋放出干擾素,讓周圍的其他細胞可以立刻啟動防禦機制,活化一系列相關的免疫基因,共同擊退入侵者。而在這項研究中,科學家利用已有的公開基因組數據資料,將大量的基因數據加以分析,發現了在這些能夠被干擾素活化的基因之中,就有幾千個是屬於內生的反轉錄病毒的基因。這些病毒基因雖然曾經是人類的敵人,但是經過了幾百萬年的演變,這些病毒基因早已無法製造病毒顆粒。

研究者們首先認為這些基因有可能參與了免疫系統調控,因為這些基因並不是隨機分散的嵌入我們的基因之中,而是主要出現於已知的免疫基因附近。於是科學家們推測,這些病毒基因之所以能夠被干擾素活化,便是因為和免疫基因位置相近。

 

警報系統中許多重要環節來自古代病毒

為了要測試這些病毒 DNA 片段在免疫反應中的重要性,科學家們利用了細胞內的基因編輯工具 CRISPR/Cas9 將免疫基因附近的病毒 DNA 片段一個一個移除,發現在移除了部分外來基因的狀態下,鄰近的免疫基因竟然沒辦法被干擾素正常的活化開啟。這樣的結果也就表示,這些免疫基因的活化轉變是需要透過病毒基因才能夠完成的。

在這之後,科學家又進一步將 AIM2 這個免疫防禦基因附近的病毒 DNA 移除,發現當失去了病毒 DNA,細胞受到其他病毒感染時就無法正常的開啟免疫反應,免疫反應的效率及能力大打折扣。綜合以上結果,科學家認為這些古代病毒的 DNA 已經成為了我們對抗現今病毒感染的重要因子。由於這些源自病毒的調控開關機制和許多免疫基因位置相近,也就表示了他們夠共同來幫助調整我們的細胞防禦機制。

此研究的第一作者 Edward Chuong 博士表示:「干擾素所造成的後續反應就像是細胞之間的警報系統,而我們發現有些在這個警報系統之中有許多重要的環節是來自古代病毒。」

這項研究也找到在某些哺乳類動物中,有的內生反轉錄病毒基因甚至可能能夠獨立產生干擾素反應。這項線索指出在許多物種的免疫系統中可能都存在著這樣的機制,也就是說這樣的機制應該並不是特例,而是普遍的現象。

此研究的共同資深作者 Nels Elde 博士認為,先天免疫系統利用這些病毒留下的基因可能不只是偶然發生的意外而已。因為免疫系統長久以來持續受到不同的病原體挑戰,在外來病原體快速的演化的同時,免疫系統也會不斷的改變策略做為因應。為了要快速的提出新策略,免疫系統將先前病毒所提供的基因留下做為材料,重新組織就成了免疫系統新的配備。

許多病毒(包含反轉錄病毒)在複製的過程中,會將自己的基因送入宿主的基因之中,而免疫系統在演化的過程中就利用了病毒的這項特性,幫助了自己在病原和宿主永不止息的戰爭之中,能夠持續進步不被打敗。

(首圖來源:unews) 

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