Ihre Ergebnisse legen nahe, dass erstaunliche 30 Prozent aller Proteinanpassungen seit der Divergenz des Menschen mit dem Schimpansen von Viren vorangetrieben wurden.

„Wenn es irgendwann in der Evolution zu einer Pandemie oder Epidemie kommt, passt sich die Population, die von dem Virus betroffen ist, entweder an oder stirbt aus. Das wussten wir, aber was uns wirklich überrascht hat, ist die Stärke und Klarheit des Musters, das wir gefunden haben“, sagte Dr. David Enard, Postdoktorand an der Stanford University und Erstautor der Studie. „

Die Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift eLife veröffentlicht und wird am 14. Juli auf der Allied Genetics Conference, einer von der Genetics Society of America veranstalteten Tagung, vorgestellt.

Proteine erfüllen eine Vielzahl von Funktionen, die unsere Zellen am Laufen halten. Indem die Studie aufzeigt, wie kleine Veränderungen in der Form und Zusammensetzung von Proteinen Menschen und anderen Säugetieren geholfen haben, auf Viren zu reagieren, könnte sie den Forschern helfen, neue therapeutische Ansätze gegen die heutigen viralen Bedrohungen zu finden.

„Wir lernen, welche Teile der Zelle in der Vergangenheit zur Bekämpfung von Viren verwendet wurden, vermutlich ohne schädliche Auswirkungen auf den Organismus“, sagte der Hauptautor der Studie, Dmitri Petrov, Ph.D., Michelle und Kevin Douglas Professor für Biologie und stellvertretender Vorsitzender der Biologieabteilung in Stanford. „

Vorangegangene Forschungen über die Wechselwirkungen zwischen Viren und Proteinen haben sich fast ausschließlich auf einzelne Proteine konzentriert, die direkt an der Immunantwort beteiligt sind – der logischste Ort, an dem man erwarten würde, von Viren verursachte Anpassungen zu finden. Dies ist die erste Studie, die einen globalen Blick auf alle Arten von Proteinen wirft.

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„Der große Fortschritt hier ist, dass es nicht nur sehr spezialisierte Immunproteine sind, die sich gegen Viren anpassen“, sagt Enard. „So ziemlich jede Art von Protein, das mit Viren in Kontakt kommt, kann an der Anpassung gegen Viren beteiligt sein. Es stellt sich heraus, dass die Anpassung außerhalb der Immunantwort mindestens genauso groß ist wie innerhalb.“

Der erste Schritt des Teams bestand darin, alle Proteine zu identifizieren, von denen bekannt ist, dass sie physisch mit Viren interagieren. Nach sorgfältiger Durchsicht Zehntausender wissenschaftlicher Zusammenfassungen reduzierte Enard die Liste auf etwa 1.300 Proteine von Interesse. Der nächste Schritt bestand darin, Big-Data-Algorithmen zu entwickeln, um genomische Datenbanken zu durchsuchen und die Evolution von Proteinen, die mit Viren interagieren, mit der anderer Proteine zu vergleichen.

Die Ergebnisse zeigten, dass Anpassungen bei Proteinen, die mit Viren interagieren, dreimal so häufig vorkamen wie bei anderen Proteinen.

„Wir alle sind daran interessiert, wie wir und andere Organismen sich entwickelt haben und unter welchem Druck wir zu dem geworden sind, was wir sind“, so Petrov. „Die Entdeckung, dass dieser ständige Kampf mit Viren uns in jeder Hinsicht geformt hat – nicht nur die wenigen Proteine, die Infektionen bekämpfen, sondern alles – ist tiefgreifend. Alle Organismen leben seit Milliarden von Jahren mit Viren zusammen; diese Arbeit zeigt, dass diese Wechselwirkungen jeden Teil der Zelle beeinflusst haben.“

Viren kapern fast jede Funktion der Zellen eines Wirtsorganismus, um sich zu vermehren und zu verbreiten, so dass es Sinn macht, dass sie die Evolution der zellulären Maschinerie in größerem Maße vorantreiben als andere evolutionäre Einflüsse wie Raubtiere oder Umweltbedingungen. Die Studie wirft Licht auf einige seit langem bestehende biologische Rätsel, wie z. B. die Frage, warum eng verwandte Arten unterschiedliche Maschinen für identische zelluläre Funktionen, wie die DNA-Replikation oder die Herstellung von Membranen, entwickelt haben. Bisher wussten die Forscher nicht, welche evolutionäre Kraft solche Veränderungen verursacht haben könnte. „Diese Arbeit ist die erste mit Daten, die groß genug und sauber genug sind, um viele dieser Rätsel auf einen Schlag zu erklären“, sagte Petrov.

Das Team nutzt nun die Ergebnisse, um vergangene Virusepidemien zu erforschen, in der Hoffnung auf Erkenntnisse, die bei der heutigen Krankheitsbekämpfung helfen. Zum Beispiel haben HIV-ähnliche Viren die Populationen unserer Vorfahren und anderer Tierarten zu verschiedenen Zeitpunkten der Evolutionsgeschichte heimgesucht. Die Untersuchung der Auswirkungen solcher Viren auf bestimmte Populationen könnte zu einem neuen Verständnis unseres ständigen Krieges mit Viren führen – und dazu, wie wir die nächste große Schlacht gewinnen könnten.

Diese Studie wird am Donnerstag, den 14. Juli von 11:15 bis 11:30 Uhr im Rahmen der Natural Selection and Adaptation präsentiert.während der Sitzung „Natürliche Selektion und Anpassung“ im Crystal Ballroom J1 im Rahmen der Allied Genetics Conference im Orlando World Center Marriott, Orlando, Florida, vorgestellt.

Diese Arbeit wird durch die NIH-Zuschüsse R01GM089926 und R01GM097415 finanziert.

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