Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Известно, что гомологические последовательности в любом геноме склонны к упорядочиванию и становятся связующим звеном для гомологичных рекомбинаций между двумя фрагментами ДНК. Пролиферация ЭРЭ с идентичными или гомологичными последовательностями создала геномы, содержащие более 1000 таких последовательностей. Генетики поэтому имеют все основания считать, что эти рассеянные по геному последовательности способны к рекомбинациям, которые могут привести к перестройкам, делециям или дупликациям геномных последовательностей. В 2001 году сотрудники одной из ведущих лабораторий, занимающихся генетикой ретровирусов, принялись за поиск прямых доказательств того, что такие события являются общим правилом и могут вносить существенный вклад в эволюцию (Hughes, Coffin, 2001). Ученые сфокусировали внимание на человеческом ЭРЭ-К, так как существуют убедительные свидетельства того, что они активны в геномах приматов на протяжении последних 30 миллионов лет. Авторы проанализировали нуклеотидные последовательности ДНК и проследили филогенетическое родство тридцати пяти полноценных человеческих ЭРЭ-К-провирусов в ДНК человека и сравнили их распределение с распределением в геномах других приматов; некоторые последовательности были обнаружены у множества других приматов; иные были присущи только человеку или одновременно с ним только гориллам и шимпанзе. Это убедительное свидетельство в пользу того, что эти элементы появились в результате включений, происходивших совсем недавно по меркам эволюции. Некоторые произошли уже после возникновения рода гоминид. Эти исследования значительно расширили наши знания. Речь идет о фундаментальных основах включения в геном провируса: длинные концевые повторы, которые с обеих сторон примыкают к каждому провирусу, по своим нуклеотидным последовательностям идентичны последовательностям, существовавшим в тот момент, когда провирус включался в геном. Более того, каждая последовательность длинных концевых повторов привязана к единственному фрагменту фланкирующей клеточной ДНК, что позволяет надежно его картировать в геномной последовательности. Можно ожидать, что в эндогенных ретровирусных элементах каждый провирусный длинный концевой повтор будет накапливать нуклеотидные замены с той же медленной скоростью, что и клеточная ДНК. Длинные концевые повторы одного провируса создаются в результате единичного события включения в один момент времени и будут поэтому находиться рядом друг с другом на филогенетическом дереве. Работа Хьюза и Коффина (2001) показала, что длинные концевые повторы некоторых локусов человеческих ЭРЭ-К не создают кластеров на филогенетическом дереве, откуда был сделан вывод о том, что их фланкирующие длинные концевые повторы происходят из разных вирусов, включенных в геном в разное время. Рекомбинации между элементами имели место между двумя самостоятельными провирусами, создавшими человеческие ЭРЭ-К с «нестыкующимися» длинными концевыми повторами. В некоторых случаях получены данные о том, что отличительные фланкирующие последовательности хозяйской ДНК также не соответствовали друг другу. В целом можно считать, что один из пяти полноразмерных человеческих ЭРЭ-К подвергся рекомбинации, которая привела к существенным перестановкам или делециям в клеточных нуклеотидных последовательностях. В ходе этого анализа удалось скрупулезно рассмотреть не более тридцати пяти человеческих ЭРЭ, но наш геном содержит почти сто тысяч таких элементов. Если можно обобщить полученные данные (а почему бы и нет?), то мы поймем, что не следует недооценивать масштаб генетических инноваций, достижимых благодаря такому геномному «отягощению».

Перестройки генома, опосредованные локусами ЭРЭ, должны активно перемешивать содержимое генетического горшка, чаще, конечно, создавая геномные аномалии, которым отказано в наследовании. Каждая рекомбинация приводит к появлению двух реципрокных хромосомных продуктов. Примечательно, что отсутствуют данные о существовании таких реципрокных продуктов рекомбинаций ЧЭРЭ-К. Понятно, что толерантность в отношении большинства геномных перестановок очень мала, и они никогда не распространяются дальше, отправляясь на мусорную генетическую свалку, оставляя процветать только здоровые варианты. Несомненно, однако, что такие события благотворно сказались на нашей эволюции; локусы ЭРЭ считаются катализаторами дупликации в геномах и диверсификации локуса генов гистосовместимости, то есть помогают развитию и совершенствованию нашего адаптивного иммунитета (Kambhu, Falldorf, Lee, 1990). По мере того как в ближайшие годы будет развиваться сравнительная геномика, мы, несомненно, откроем много случаев геномных нарушений, опосредованных ЭРЭ, которые есть и будут фактором генетической вариабельности – либо вредной, либо полезной.

Приручение генов ЭРЭ