1. oldal

David Markovitz, a Michigani Egyetem kutatója és kollégái pár évvel ezelőtt HIV-vel fertőzött betegek vérét kezdték tanulmányozni. Az emberi immunhiányt okozó vírusok (Human Immunodeficiency Virus) az immunrendszer legyengítése révén támadják meg a szervezetet, amely így képtelenné válik megvédeni magát a különféle patogénekkel szemben. Markovitz és munkatársai számára így nem okozott különösebb meglepetést, amikor a betegek vérében a HIV-en kívül más vírusokra is rábukkantak. Annál meglepőbb volt azonban ezen vírusok némelyikének forrása: egyes képviselőik ugyanis a páciensek saját DNS-éből származtak.

A HIV a retrovírusok csoportjába tartozik, amelyek genomja szinte mindenesetben tartalmazza a következő három géntípust: a gag nevű DNS-szakaszt, amely a vírus belső, strukturális proteinjeit kódolja, az env nevű gént, amely a sejtekhez való kapcsolódásban kulcsszerepet játszó burokproteinek forrása, illetve a pol elnevezésű szakaszt, amely a vírus genomjának DNS-be való beépülését lehetővé tevő enzimeket kódolja.

Az emberi genom vizsgálata során kiderült, hogy az rengeteg olyan DNS-szakaszt tartalmaz, amelyek megfeleltethetők a retrovírusok pol, env és gag génjeinek. A kutatók nagyjából 100 ezer ilyen szakaszt azonosítottak, amelyek összességében genomunk nyolc százalékát teszik ki, ami óriási aránynak tűnik, főként annak ismeretében, hogy a szervezet működése szempontjából oly fontos fehérjekódoló gének mindössze az örökítőanyag egy százalékát alkotják.

A szakértők felfedezésük óta mind az emberben, mind pedig más fajokban tovább tanulmányozták ezeket az endogén retrovírusokat, és közben egyre többet tudtak meg arról, hogyan épülhettek bele ezen gének a genetikai állományba. A legvalószínűbbnek az tűnik, hogy őseink időről időre átestek különféle retrovírus-fertőzéseken, és ritkábban ugyan, de időnként az is előfordult, hogy a vírusok egy ivarsejtet fertőztek meg sikeresen. Ha aztán ebből az ivarsejtből utód keletkezett, a kórokozó génjei már az embrió genomjának szerves részét képezték, és az új szervezet minden egyes sejtjében megtalálhatók voltak, köztük az utód saját ivarsejtjeiben is. Az egyed aztán felnőve továbbörökítette génjeit, köztük az immár endogénné vált retrovírusokat is.

A szakértők úgy vélik, hogy a kezdeti időkben ezek a vírusok még rendelkezhettek fertőző képességgel, így a DNS-ről átíródva időről időre támadásokat indítottak a gazdaszervezet és annak környezete ellen. Minden másolási folyamattal nőtt a mutációk száma, és az így keletkezett változatok egy része is beépült a genomba, ezért vannak az emberi endogén retrovírusok között közeli rokonságba, egy családba tartozó példányok, amelyek mind egyazon ősi retrovírus újabb, belső keletkezésű változatai.

A mutációk eredményeként azonban ezek a retrovírusok egyre kevésbé tudtak hatékonyan működni, míg végül teljesen elveszítették fertőző képességüket, és a genom funkciótlan szakaszaivá váltak. (Egyes esetekben pedig az is előfordult, hogy „házasítottuk” génjeiket, és saját szervezetünk működésének szolgálatába állítottuk ezeket. Néhány, egykor retrovírusokhoz tartozó génszakasz például fontos szerepet játszik a méhlepény fejlődésében.) Mivel endogén retrovírusok a főemlősök minden fajában nagy számban megtalálhatók, ez a fajta beépülési folyamat több tízmillió éve folyhat.

Belső vírusaink világa még mindig igen ingoványos területnek számít a tudomány művelői számára. Markovitzék felfedezése azonban jelentősen hozzátett azon ismeretanyaghoz, amit ezekről a különös teremtményekről tudunk, és nem utolsó sorban rávilágított egy nagyon érdekes tényre: endogén retrovírusaink egy része még ma is képes „feltámadni” genomunkból.

Markovitz kutatócsoportja megvizsgálta azon vírusok génállományát, amelyeket a HIV-vel fertőzött páciensekben azonosítottak. A gének az endogén retrovírusok egy HERV-K néven emlegetett családjának génjeire hasonlítottak, annak azonban egy különös, addig sosem látott ágát képviselték. A kutatók keresni kezdték az újfajta vírus génjeit az emberi örökítőanyagban, de nem akadtak a hozzá passzoló DNS-szakaszok nyomára. Tudván, hogy a kutatás időpontjában még csak humán genom 95 százaléka volt szekvenálva, a csimpánz génállományát kezdték vizsgálni, reménykedve abban, hogy az endogén vírus már legközelebbi rokonainkkal közös ősünkben is jelen volt. A kutatók szerencsével jártak: a csimpánz DNS-ében ráakadtak a vírust kódoló gének egy példányára.

2. oldal

Ezt követően visszatértek az emberi genomhoz, és immár célzottan kezdték keresni a K111 névre keresztelt vírust kódoló DNS-szakaszt. HIV-betegek és egészséges emberek genomját is vizsgálták, mégpedig olyan módon, hogy a mintaként begyűjtött DNS-eket két szálra hasították, és egy K111-gyel komplementer szakaszt adtak a szálakhoz. Végül mind a 189 vizsgált személy örökítőanyagában sikerült kimutatni a vírushoz tartozó géneket.

Érdekes módon azonban a vizsgált emberi alanyokban nemcsak egy példányban volt jelen a K111, ahogy a csimpánzok esetében megfigyelték. Az emberi DNS-eket vizsgálva egyre több variánsra akadtak rá a kutatók, amelyek közül egyes változatok teljesen vagy szinte teljesen ép génkészlettel rendelkeztek, másutt viszont csak csökevényes darabok utaltak a vírus jelenlétére. Végül tizenöt kromoszómán összesen több mint száz másolatot sikerült számba venni.

A K111 eredetét kutatva a tudósok a többi főemlős genomját kezdték vizsgálni, de a csimpánzokon kívül egyetlen más fajban sem akadtak az endogén retrovírus nyomára. Ebből arra következtettek, hogy az eredeti vírus az ember és a csimpánz közös ősét fertőzhette meg, mégpedig nem sokkal a két fejlődési vonal szétválását megelőzően, vagyis durván hatmillió évvel ezelőtt.

A kutatók a vírus történetének jobb megismerése érdekében kihalt emberfajok genetikai állományát is megvizsgálták. Svante Paabo, a Max Planck Intézet kutatója és kollégái szekvenálták a neandervölgyi ember, és rejtélyes unokatestvére, a gyenyiszovai ember genomját. Őseink fejlődési útja a jelenlegi elképzelések szerint nagyjából 800 ezer évvel ezelőtt vált külön a Homo nemzetség ezen két tagjának evolúciójától. Markovitzék a vártnak megfelelően meg is találták a K111-et a vizsgált DNS-ekben: a neandervölgyi genomban hét másolatban, a gyeniszovai ember genomjában pedig négy példányban szerepel a szakasz.

A felfedezés alapján úgy tűnik, hogy valamikor a 6 milliótól 800 ezer évvel ezelőttig terjedő időszakban a K111 néhányszor duplikálódott, mégpedig meglehetősen gyors ütemben. Mivel az ősi emberfajok megvizsgált genomja korántsem nevezhető teljesnek, könnyen megeshet persze, hogy ezekben valójában több másolat fordult elő a vírust kódoló szakaszból, mint amennyit Markovitz és munkatársai felfedeztek. Valószínűtlennek tűnik azonban, hogy jelenlétük megközelítette volna a modern emberben megfigyelt példányszámot, így a K111 nagyobb ütemű sokszorozódására feltehetően csak valamivel később, az elmúlt 800 ezer évben került sor.

A K111 sokáig elrejtőzött a kutatók szeme elől, mégpedig nagyon egyszerű okból: kiváló búvóhelyet talált magának a kromoszómák centrális régiójában. A centromer pedig valóságos genomikai Bermuda-háromszög, amely tele van rövid, ismétlődő DNS-szakaszokkal. A kutatók a genom bázissorrendjének szekvenálása során egymást átfedő szegmentumokra darabolják a DNS-t, majd ezeket megfejtve, az átfedő részek alapján igyekeznek újra rekonstruálni a teljes állományt. A centromer régióban viszont egymás mellett annyira sok hasonló szakasz van jelen, hogy szekvenálás közben könnyen összekeverednek a szegmentumok. Ezen részek dekódolása a mai napig komoly gondot jelent a genom teljes bázissorrendjének leírása során.

A K111 hatékony rejtőzködésének másik oka, hogy meglehetősen gyengécske vírusról van szó. Mivel nincsenek fehérjeburok létrehozásához szükséges génjei, nem képes elhagyni a gazdasejtet, és a jelek szerint erre már elég hosszú ideje nem volt alkalmas. Úgy tűnik, hogy a nagy számú másolat sejten belül keletkezett, mégpedig pontosan azért, mert a centromer régióban vannak a gének. A centromerek káosza ugyanis nem csak az génszekvenáló technikák számára bizonyul kemény diónak, de a szervezet DNS-ről másolatokat készítő saját enzimjein is gyakran kifog. Az enzimeket is összezavarja a sok ismétlődő szakasz, így előfordul, hogy összecserélik két kromoszóma egy-egy szegmentumát. A K111 így lehetett képes kromoszómáról kromoszómára terjedni. A másik szintén előforduló hiba, hogy az enzim egy szálon belül veszíti el a fonalat, és egy-egy szakaszt többször másol bele az új szálba, egy kromoszómán belül is extra másolatokat készítve az adott génekről. Markovitzék szerint a K111 emberi genombeli példányszámának növekedésében ez utóbbi folyamat is szerepet játszhatott.

Markovitz és munkatársai arra is kíváncsiak voltak, hogy mi a helyzet a K111-gyel HIV-vel fertőzött betegek esetében. A fertőzött páciensekben egy Tat nevű fehérje segít fellazítani az emberi DNS szorosan „összecsomagolt” szakaszait, hogy a HIV még hatékonyabban terjedhessen. A kutatókat leginkább az érdekelte, hogy a Tat a K111 másolatainak számát is növeli-e, ezért fertőzéstől mentes sejtekbe adták be a proteint. Ahogy az várható is volt, a fehérje hatására újabb K111 génmásolatok bukkantak fel a DNS-ben.

Elképzelhető, hogy a K111-nek az AIDS kialakulásában is van valami szerepe, bár erre eddig nem találtak bizonyítékot a kutatók. Ezt mindenképpen érdemes lenne alaposabban megvizsgálni, van azonban még egy ok, amiért a K111 további kutatása hasznos lehet: segítségével talán végre felülemelkedhetünk a centromerek káoszán. A K111-et kódoló jellegzetes szakaszok minden eddiginél megbízhatóbb iránytűt jelenthetnek a szekvenálás során, így az emberi genom mindmáig nagyrészt ismeretlennek számító régióinak feltérképezésében talán egy olyan vírus lehet segítségünkre, amely hatmillió éve a génállományunkban rejtőzik.