Le loro scoperte suggeriscono un sorprendente 30 per cento di tutti gli adattamenti delle proteine dalla divergenza degli umani con gli scimpanzé sono stati guidati dai virus.

“Quando si ha una pandemia o un’epidemia ad un certo punto dell’evoluzione, la popolazione che è bersaglio del virus o si adatta, o si estingue. Lo sapevamo, ma ciò che ci ha davvero sorpreso è la forza e la chiarezza del modello che abbiamo trovato”, ha detto David Enard, Ph.D., un borsista post-dottorato alla Stanford University e primo autore dello studio. “Questa è la prima volta che i virus hanno dimostrato di avere un impatto così forte sull’adattamento”.

Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista eLife e sarà presentato a The Allied Genetics Conference, un incontro ospitato dalla Genetics Society of America, il 14 luglio.

Le proteine svolgono una vasta gamma di funzioni che mantengono le nostre cellule in funzione. Rivelando come piccole modifiche nella forma e nella composizione delle proteine hanno aiutato gli esseri umani e altri mammiferi a rispondere ai virus, lo studio potrebbe aiutare i ricercatori a trovare nuove piste terapeutiche contro le minacce virali di oggi.

“Stiamo imparando quali parti della cellula sono state utilizzate per combattere i virus in passato, presumibilmente senza effetti dannosi sull’organismo”, ha detto l’autore senior dello studio, Dmitri Petrov, Ph.D., Michelle e Kevin Douglas Professor di Biologia e presidente associato del Dipartimento di Biologia a Stanford. “Questo dovrebbe darci una visione sui punti di pressione e aiutarci a trovare proteine da indagare per nuove terapie.”

La ricerca precedente sulle interazioni tra virus e proteine si è concentrata quasi esclusivamente sulle singole proteine che sono direttamente coinvolte nella risposta immunitaria – il luogo più logico ci si aspetta di trovare adattamenti guidati da virus. Questo è il primo studio a dare uno sguardo globale a tutti i tipi di proteine.

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“Il grande progresso qui è che non è solo proteine immunitarie molto specializzate che si adattano contro i virus,” ha detto Enard. “Praticamente qualsiasi tipo di proteina che entra in contatto con i virus può partecipare all’adattamento contro i virus. Si scopre che c’è almeno tanto adattamento al di fuori della risposta immunitaria quanto al suo interno.”

Il primo passo del team è stato quello di identificare tutte le proteine che sono note per interagire fisicamente con i virus. Dopo aver scrupolosamente esaminato decine di migliaia di abstract scientifici, Enard ha ridotto la lista a circa 1.300 proteine di interesse. Il suo passo successivo è stato quello di costruire algoritmi di big-data per setacciare i database genomici e confrontare l’evoluzione delle proteine che interagiscono con i virus con quella di altre proteine.

I risultati hanno rivelato che gli adattamenti si sono verificati tre volte più frequentemente nelle proteine che interagiscono con i virus rispetto alle altre proteine.

“Siamo tutti interessati a come noi e altri organismi si sono evoluti, e alle pressioni che ci hanno reso quello che siamo”, ha detto Petrov. “La scoperta che questa costante battaglia con i virus ci ha plasmato in ogni aspetto – non solo le poche proteine che combattono le infezioni, ma tutto – è profonda. Tutti gli organismi hanno vissuto con i virus per miliardi di anni; questo lavoro mostra che queste interazioni hanno influenzato ogni parte della cellula.”

I virus dirottano quasi ogni funzione delle cellule di un organismo ospite per replicarsi e diffondersi, quindi ha senso che guidino l’evoluzione del macchinario cellulare in misura maggiore di altre pressioni evolutive come la predazione o le condizioni ambientali. Lo studio fa luce su alcuni misteri biologici di lunga data, come il motivo per cui specie strettamente correlate hanno evoluto macchinari diversi per eseguire funzioni cellulari identiche, come la replicazione del DNA o la produzione di membrane. I ricercatori in precedenza non sapevano quale forza evolutiva avrebbe potuto causare tali cambiamenti. “Questo documento è il primo con dati abbastanza grandi e puliti da spiegare molti di questi enigmi in un colpo solo”, ha detto Petrov.

Il team sta ora utilizzando i risultati per scavare più a fondo nelle epidemie virali del passato, sperando in intuizioni per aiutare a combattere la malattia oggi. Per esempio, i virus simili all’HIV hanno travolto le popolazioni dei nostri antenati e di altre specie animali in più punti della storia evolutiva. Guardando gli effetti di tali virus su popolazioni specifiche potrebbe produrre una nuova comprensione della nostra guerra costante con i virus – e come potremmo vincere la prossima grande battaglia.

Questo studio sarà presentato giovedì 14 luglio da 11:15 – 11:30 a.m. durante la sessione Selezione naturale e adattamento, Crystal Ballroom J1 come parte di The Allied Genetics Conference, Orlando World Center Marriott, Orlando, Florida.

Questo lavoro è finanziato dalle sovvenzioni NIH R01GM089926 e R01GM097415.

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