令人震惊的证据表明,以前只有化石证据才知道的一种古老的病毒已经持续感染了一些非常低水平的人类数十万甚至数百万年。这种古老的逆转录病毒是一种活化石,在人类基因组中发现它的完整拷贝会对其如何存活提出疑问,并暗示远离进化过去的其他人可能在许多物种的DNA中处于休眠状态。
逆转录病毒通过将其基因组插入感染细胞的基因组而复制。偶尔,逆转录病毒会感染种系细胞 - 那些在卵子和精子中发现的细胞 - 如果这些细胞存活并继续创造一种新生物体,那么这种新生物体将含有逆转录病毒作为其基因组的固有部分。以这种方式,许多哺乳动物,鸟类和其他脊椎动物的基因组已经积累了许多来源于逆转录病毒的DNA序列,称为内源性逆转录病毒(ERV)。例如,约8%的人类基因组由ERV组成。
这些序列中的绝大多数是基因组化石,处于腐烂的先进状态,并且不能产生任何种类的感染性颗粒。然而,有趣的是,一些ERV已被选择用于在宿主生物体内执行生理功能,例如以提供免疫力。这些驯化的病毒序列尽管是功能性的,但已经有效地成为宿主基因组的一部分。它们也不能产生感染性病毒颗粒,通常会丢失这样做所需的遗传设备。
然而,有一小部分ERV序列可以产生感染性粒子,这些表明宿主物种的基因组可以被感染性逆转录病毒定植。这个过程知之甚少,但最近的研究表明,它可以发生几乎令人难以置信的隐身,因此需要最先进和最强大的技术来检测它。
人类基因组的'Loch Ness Monster'
全基因组测序的进展揭示了脊椎动物基因组中ERV的巨大差异,物种之间存在相当大的差异。许多是非常古老的,而更近期的ERV更完整,变异更少降解。在一些物种如小鼠中,基因组包含许多能够产生感染性病毒的ERV,但人类中几乎所有的ERV(称为HERV)似乎都是已灭绝的逆转录病毒的非功能性残余物。唯一的例外是一个名为HERV-K的组,尽管已有数百万年的历史,它仍有可能复制。
之前对人类基因组中HERV-K序列的研究表明,它最近在人体中具有活性,并且它甚至可以通过感染进行循环。最近的这项研究的合着者,Julia Wildschutte和Zach Williams,在塔夫斯大学的John Coffin实验室工作,使用来自1000 Genomes Project和Human Genome Diversity Project的数据搜索了HERV-K的证据。该团队开发了一些方法,使他们能够深入挖掘这些目录,并确定人类基因组包含总共36个独特的HERV-K拷贝,这些拷贝不存在于标准参考人类基因组序列中 - 包括19个新发现。
最令人感兴趣的是,这些新发现中的一个是完整的病毒,没有任何可能会降低其功能的突变。人类群体中潜伏的完整病毒的发现增强了这种HERV-K逆转录病毒在人类中一直保持“活着”的可能性,直到最近,并且甚至可能在今天仍然存在。
未来发展方向
还有很多问题:HERV-K真的还活跃在人类身上吗?它是否处于休眠状态,准备重新成为传染性流行病的代理人?或者最近HERV-K活动的迹象真的只是一种古老的逆转录病毒的死亡痛苦,因为它缓慢漂移但肯定会灭绝?
可能是由于存在于仅具有非常低水平活性的近休眠状态,HERV-K已经能够逃避将其灭活的突变的影响。或者,可能存在这样的情况:人类以某种方式获得了生存优势,导致通过进化过程选择人类DNA中存在HERV-K。
可以在一定程度上研究这些假设,因为可以从DNA残余物中复活已灭活的逆转录病毒并分析它们的生物学特性。研究古老的病毒如何被宿主物种熄灭,可以为我们可能用来帮助对抗今天威胁我们的病毒的策略提供线索。