L’element EBLN: restes d’un virus de fa 40 milions d’anys en el genoma humà

Paleogenòmica: El Projecte Genoma Humà ens ofereix dades sobre la seqüència genètica dels nostres cromosomes. Però la feina d’interpretar-les és lluny d’haver-se acabat. Una bona mostra d’això és la recerca que publiquen a la revista Nature un grup de científics coordinats per Keizo Tomonaga, del Departament de Virologia de l’Institut de Recerca de Malalties Microbianes de la Universitat d’Osaka. Fins ara hom ja sabia que allò que diem genoma humà és integrat en un 8% per elements d’origen retroviral. Aquests retrovirus endògens han perdut la capacitat infectiva, és a dir de transmetre’s verticalment de cèl·lula a cèl·lula, o d’individu a individu, però han quedat enquistats en el material genètic i es transmeten verticalment, a través de la línia germinal, generació rera generació. Horie et al. mostren l’existència d’un element d’origen viral no-retroviral: els EBLN. Els autors han trobat EBLN en diferents espècies de primats (inclosos els humans), en rossegadors (inclosos els esquirols) i en elefants. Els EBLN són descendents fossilitzats en aquests genomes d’antigues (o no tan antigues) infeccions de bornavirus.

Els límits del nostre genoma

Els ecòlegs microbians ja ens recordaven fa més de tres dècades (Savage, 1977) una dada humiliant. Si el nostre cos, el cos d’un humà adult, és integrat per uns deu bilions (1013) de cèl·lules humanes, cal no oblidar que aquestes conviuen, sense moure’ns del propi cos, amb uns cent bilions (1014) de cèl·lules d’altres espècies. És a dir, que el 90% de les cèl·lules del cos humà no són humanes, sinó, essencialment, cèl·lules bacterianes. Com que una cèl·lula bacteriana és mil vegades més petita, de mitjana, que una cèl·lula humana, tenim, si més no, la seguretat que no pas gaire més d’un 1% de la nostra massa és massa bacteriana. Tots aquests bacteris, a banda d’altres microorganismes, formen part de la nostra ‘microbiota normal’, que és objecte en l’actualitat d’estudi per part del Human Microbiome Project.

Algú podria dir que tots aquests microorganisme que infecten o parasiten el nostre cos (amb conseqüències de vegades patològiques, i d’altres amb efectes beneficiosos i àdhuc indispensables) viuen en el nostre propi cos però no són part del nostre cos. Allotjats damunt la pell, en els nostres budells i en totes les altres cavitats corporals, ens són simbionts o paràsits, als quals hostatgem. O, dit d’una altra manera, que el nostre cos i totes les seves superfícies són autèntics ecosistemes per tots aquests organismes.

Si ens ho mirem així, podríem dir que el nostre cos és la suma de les 1013 cèl·lules que esmentaven al començament. Però dins d’aquestes cèl·lules ens trobem mitocondris. Aquests orgànuls són de fet els que consumeixen l’oxigen que nosaltres respirem, i els que generen la major part de l’energia que ens fa viure. Lynn Margulis, ara fa més de 40 anys, teoritzà que l’origen d’aquests mitocondris són antics bacteris endosimbionts. Testimoni d’aquest origen és el fet que conserven encara un genoma propi, certament modest.

Tot sovint, quan es parla de genoma humà, es descompta aquest genoma mitocondrial humà i hom se centra en el gruix del material genètic de les nostres cèl·lules que es troba, al capdavall en el nucli cel·lular. Les 1013 cèl·lules que integren en el nostre cos i que se’n presenten en més de 200 tipus cel·lulars diferents (des de neurones a glòbuls blancs, des de cèl·lules hepàtiques a cèl·lules intestinals, etc.), malgrat les immenses diferències en forma, grandària, activitat metabòlica, ritme proliferatiu, etc., comparteixen totes un mateix genoma, estructurat en cromosomes. Això, sí que serà nostre, si més no? Bé, caldrà recordar que bona part del material genètic dels protomitocondris ha anat a parar en aquests cromosomes.

Però, a banda d’això, els nostres cromosomes allotgen un altre material estrany. És el material víric. És cert que en la majoria d’infeccions víriques, el material genètic del virus penetra en la cèl·lula i àdhuc en el nucli cel·lular, però no arriba a integrar-se en els cromosomes. En d’altres casos, els virus sí arriben a integrar el seu material genètic en els cromosomes. Quan aquesta integració es produeix en la línia germinal, és a dir en les cèl·lules que donaran lloc bé als espermatozoides o als òvuls, el material víric passarà a la nova generació integrat en el genoma.

El nom de provirus es fa servir per designar els virus integrats d’aquesta manera en el genoma cel·lular. En general, la integració implica alhora un procés de dissolució. El provirus acumula mutacions. De primer, pot perdre la capacitat infectiva, és a dir la capacitat de saltar del genoma on és integrat cap en fora de la cèl·lula. Després perdrà fins i tot la capacitat de saltar a altres punts del mateix genoma (capacitat de transposició). Llavors ja serà més aviat un pseudovirus, el testimoni d’un virus antic.

Però justament aquest procés és l’únic pel qual es pot fossilitzar un virus.


Dendrograma que representa la diversitat de retrovirus endògens existents en el genoma humà. Fins ara es considerava que els únics provirus endògens en els genomes de mamífers eren retrovirus. Horie et al. mostren que una anàlisi exhaustiva pot evidenciar l’existència de seqüències corresponents a insercions d’altres tipus de virus, com els bornavirus. Així doncs, s’obre més el camp de la paleogenòmica vírica, que pot contribuir a respondre qüestions sobre l’origen i l’evolució dels virus que fins ara crèiem impossibles de respondre.

Els EBLN

El cas dels retrovirus endògens és el més conegut i, sens dubte, el més difòs en els genomes dels mamífers. En el cas humà, un 8% del genoma és constituït per retrovirus fòssil. El seu paper fisiològic i patològic és matèria de gran debat i intensa recerca.

Rastrejant les seqüències del genoma humà i de diferents genomes de mamífers, Horie et al. han identificat un grup d’elements que han denominat genèricament endogenous Borna-like N elements (EBLN). Aquests elements són homòlegs al gen de la nucleoproteïna N dels bornavirus.

Els bornavirus són virus d’ARN, és a dir que la seva informació genètica es troba en aquest tipus d’àcid nucleic i no passa per cap fase d’ADN. El genoma dels bornavirus consisteix en una sola molècula d’ARN de cadena senzilla. En produir-se la infecció d’una cèl·lula, aquest ARN és transportat al nucli cel·lular. L’ARN viral serveix de motllo per a la síntesi de més ARN. Part de l’ARN surt del nucli cel·lular, per ser traduït a proteïnes. Aquestes proteïnes són retornades després al nucli, on es produirà l’ensamblatge final de les partícules víriques.

En tot aquest procés no és necessari la inserció de material genètic viral en el genoma de la cèl·lula. Accidentalment, però, part o tot l’ARN víric pot arribar a inserir-se, la qual cosa explicaria els EBLN.

Pel que han estudiat Horie et al. hom troba EBLN en diverses espècies de mamífers, inclosos primats, rossegadors i elefants.

Origen i evolució dels EBLN

Una possibilitat considerada pels autors era que tots aquests EBLN tinguessin un origen comú. No sembla que sigui el cas. L’origen dels EBLN de cadascuna de les famílies de mamífers estudiants sembla independent.

Sí que és comú l’origen dels EBLN dels diferents primats estudiats. Com que l’avanpassat comú d’aquests primats es remunta a 40 milions d’anys, aquesta és la data mínima d’antiguitat de l’esdeveniment d’inserció.

La dada no és menor. Els virus són paràsits obligats, de forma que les diferents famílies víriques han aparegut en el curs de l’evolució quan hi havia organismes cel·lulars (potser fa 3.800 milions d’anys o potser més). Si una determinada família de virus parasita únicament un grup d’animals, hi ha dues possibilitats:
– que la família de virus en qüestió hagi aparegut després de l’aparició d’aquest grup d’animals.
– que la família de virus en qüestió sigui més antiga i que, en un determinat moment, els seus ancestres s’haguessin especialitzat en aquest grup d’animals, alhora que els membres de la família que infectaven altres animals s’hagin extingit des de llavors.

De bornavirus, doncs, hi havia fa 40 milions d’anys. Fa 40 milions d’anys, la megafauna dels continents ja era similar a l’actual, dominada per mamífers i aus. Però per als virus, 40 milions d’anys són molts anys. La taxa evolutiva dels virus és molt més elevada. Els bornavirus fan part dels mononegavirals que tenen una taxa de mutació milers de vegades més elevada que la que puguin gastar els mamífers. És probable que tots els mononegavirals tinguin un ancestre comú. Horie et al. mostren ara una via per acceptar o refusar aquesta hipòtesi: l’estudi dels virus fossilitzats en els genomes dels organismes actuals.

Però, és clar, que la majoria de mononegavirals no es repliquen en el nucli cel·lular sinó en el citoplasma. Amb la qual cosa, és possible que els esdeveniments d’inserció siguin rars o potser inexistents. L’anàlisi dels EBLN mostra diversos esdeveniments d’inserció. En el cas de l’EBLN que han trobat en el genoma d’un esquirol, la inserció és tan recent que el provirus encara belluga: el gen víric encara es transcriu a ARNm. Els altres EBLN, però, han acumulat massa mutacions per ser funcionals. De fet, prèviament a les anàlisis de Horie et al. aquestes seqüències havien passat desapercebudes entre les frondositats de l’anomenat ADN brossa.

Horie et al. inclouen en el seu article una modelització del procés d’inserció en el laboratori. Per això fan servir un bornavirus contemporani, el BDV, amb el qual infecten cel·lules en cultiu. I s’han trobat quelcom que havia passat desapercebut fins ara. El BDV pot produir infeccions persistents en cèl·lules gràcies al fet, en part, que insereix part del seu genoma (concretament el gen N) en el genoma cel·lular. Seria aquest l’origen de la formació dels EBLN, que es produïrien quan la inserció tingués lloc en la línia germinal (per exemple, en infeccions gonadals).

El caràcter composicional del genoma de cada espècie: el concepte de genosfera

Els EBLN ens venen a recordar, doncs, l’origen múltiple del genoma de cada espècie. Hi ha una transmissió vertical del genoma, generació rera generació, i sens dubte aquesta és la principal forma de transmissió d’informació genètica. Però també hi ha intercanvis horitzontals: virus que s’endogenitzen, endosimbions bacterians que van cedint el seu genoma i convertint-se en orgànuls, etc.

Fet i fet, doncs, el concepte de “genoma humà” cal prendre’l sempre en el seu context. El seu estudi només té sentit de manera comparada, amb el genoma dels altres primats i dels altres mamífers, i més genèricament amb els genomes de tots els organismes (animals, plantes, fongs, protozous, algues, bacteris, virus, etc.). És des d’aquesta perspectiva que pren cos el concepte de “genosfera”, entesa com el conjunt de tots els gens presents en la biosfera planetària. No és només un concepte pràctic. És el concepte que es fa servir en estudiar la diversitat genètica de les poblacions bacterianes dels oceans i dels sòls, de les aigües continentals i dels budells dels animals més diversos.

Lligams:

Endogenous non-retroviral RNA virus elements in mammalian genomes. Masayuki Horie, Tomoyuki Honda, Yoshiyuki Suzuki, Yuki Kobayashi, Takuji Daito, Tatsuo Oshida, Kazuyoshi Ikuta, Patric Jern, Takashi Gojobori, John M. Coffin & Keizo Tomonaga. Nature 463, 84-87 (7 January 2010) | doi:10.1038/nature08695; Received 2 September 2009; Accepted 17 November 2009

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada