Al miljoenen jaren, mensen en virussen zijn verwikkeld in een constant touwtrekken:terwijl onze cellen nieuwe manieren ontwikkelen om ons te verdedigen tegen onze virale vijanden, deze pathogenen verwerven op hun beurt nieuwe eigenschappen om die verdediging te omzeilen.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers hebben ontdekt dat een belangrijke overeenkomst tussen onze genen en die van veel virussen - een manier om de genetische code te spellen - ervoor heeft gezorgd dat virussen onze cellulaire afweer hebben kunnen omzeilen. Paul Bieniasz, een Rockefeller-professor en Howard Hughes Medical Institute-onderzoeker die het werk leidde, zegt dat het begon als een poging om te begrijpen hoe het virale genoom de besmettelijke potentie van HIV beïnvloedt, het virus dat aids veroorzaakt.

Gemeld in Natuur , de recente bevindingen van zijn laboratorium bieden inzicht in onze cellulaire afweermechanismen, en suggereren nieuwe wegen voor de ontwikkeling van vaccins.

Verrassend genoeg, het komt allemaal neer op een kwestie van spelling.

Er zijn een handvol woorden in de Engelse taal waarvan de spelling kan variëren zonder hun betekenis te veranderen:kleur en kleur, bijvoorbeeld, of reiziger en reiziger. Ons genoom is niet anders:er zijn veel verschillende manieren om de moleculaire code van onze genen te spellen zonder de eiwitten die die genen produceren te veranderen. Maar Bieniasz en zijn collega's ontdekten dat voor hiv en andere virussen, bepaalde spellingen, of specifieke varianten in de genetische code, zijn essentieel voor virale replicatie en infectie.

Twee aangrenzende letters, verloren in evolutie

Alle genomen zijn strengen van kleine moleculen, bekend als basen, die worden weergegeven door letters zoals C, G, en A. Rijg die letters in een bepaalde volgorde, en ze spellen een woord, of gen, dat een bepaald eiwit produceert. Bij het zoeken naar delen van het hiv-genoom die infectie mogelijk maken, de onderzoekers maakten gemuteerde versies van het virus. Maar in plaats van de eiwitten te veranderen die door de genetische letters worden gespeld, ze introduceerden alternatieve spellingen voor de genen, de eiwitten onveranderd te houden.

Het onderzoeksteam ontdekte dat sommige van deze virale mutanten niet konden groeien en repliceren. "Intuïtief, dit is onverwacht, omdat alle eiwitten - de werkpaarden van het virus - precies hetzelfde zijn, " legt Bieniasz uit.

De defecte mutante virussen hadden één ding gemeen, echter:ze bevatten allemaal meerdere exemplaren van een bepaalde reeks van twee letters:CG.

Die reeks van twee letters lijkt niet erg onwaarschijnlijk. Er zijn slechts vier letters in de genetische code, dus de kans om twee letters bij elkaar te vinden is hoog:1 op 16, Om precies te zijn. En toch, door een vreemd toeval van evolutie, de CG-sequentie is zeldzaam in menselijk DNA. Wanneer ze naast elkaar worden geplaatst, de letter C kan worden gewijzigd in een chemische reactie die uiteindelijk leidt tot vervanging door een andere letter.

"Vanwege dit evolutionaire verlies, het menselijk genoom heeft nu ongeveer 80 procent minder CG-sequenties dan we bij toeval zouden verwachten, " verklaarde afgestudeerde student Matthew A. Takata, hoofdauteur van het nieuwe artikel.

Een schot in de roos voor het immuunsysteem

Wij mensen zijn niet de enige die CG-sequenties missen:normaal HIV en veel andere virussen hebben ze ook niet, maar om verschillende redenen. "Veel virale genomen kunnen niet hetzelfde chemische modificatieproces doorlopen dat gewervelde genomen zoals het onze hebben meegemaakt, " zei Bieniasz. "Dit bracht ons ertoe te vragen:hoe en waarom hebben HIV en andere virussen hun CG-sequenties verloren?"

De onderzoekers veronderstelden dat er een cellulair bewakingssysteem zou kunnen bestaan ​​om CG-sequenties te identificeren en te vernietigen, waardoor virale infectie wordt voorkomen. Bieniasz, Takata, en het onderzoeksteam maakte gebruik van nieuwe technologie voor het bewerken van genen om te zoeken naar eiwitten die als een dergelijk verdedigingsmechanisme zouden kunnen dienen. Ze ontdekten dat in menselijke cellen, een antiviraal eiwit genaamd "ZAP" (Zinc-finger Antiviral Protein) kan moleculen herkennen die veel CG-sequenties hebben. ZAP bindt aan de sequenties, identificeren als het teken van een buitenlandse indringer. Deze virale genomen worden vervolgens vernietigd.

De resultaten bieden inzicht in waardoor HIV en andere virussen hun CG-sequenties in de loop van de tijd verloren. Deze virussen hebben zich waarschijnlijk aangepast aan de afweermechanismen van zoogdieren, evolueren om CG-reeksen te verwijderen en bewaking door ZAP te vermijden.

Hoewel veel dierlijke virussen zoals HIV weinig CG-sequenties bevatten, en dus niet vernietigd worden door ZAP, de onderzoekers speculeren dat het eiwit nog steeds dient om ons te beschermen tegen andere ziekteverwekkers. "De activiteit ervan stelt cellen in staat om vreemde indringers te herkennen als 'niet-zelf, '" zegt Bieniasz, " en kan bescherming bieden tegen virussen van andere soorten, zoals bijtende insecten, wiens genomen nog steeds een groot aantal CG-sequenties hebben."

praktisch, de ontdekking kan nuttig zijn bij het ontwikkelen van de verzwakte, of verzwakt, virussen die vaak worden gebruikt om vaccins te maken. Door een virus genetisch te manipuleren om een ​​groter aantal CG-sequenties te bevatten, onderzoekers zouden mogelijk een versie kunnen bedenken die het immuunsysteem van mensen ertoe aanzet immuniteit tegen de ziekteverwekker te produceren zonder ze echt ziek te maken.

"Een virus hercoderen met veel extra CG-sequenties, " zegt Takata, "waarschijnlijk een effectieve, instelbare en grotendeels onomkeerbare manier om het te dempen, waardoor de ontwikkeling van vaccins sneller en veiliger wordt."