Учёные давно научились довольно точно определять возраст большинства находок, относящихся к доисторическим временам. Поэтому мы знаем приблизительное время жизни каждого из найденных видов динозавров или предков человека. Но когда дело касается созданий, которые не оставляют после себя окаменелых останков, таких как вирусы, наука зачастую остаётся безоружной.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, проливает свет на происхождение группы ретровирусов, к которой относится и вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Особенностью этих патогенов является то, что они содержат не ДНК, а РНК. То есть при попадании в клетку организма передача информации происходит по-другому.
Раньше считалось, что ретровирусы появились около 100 миллионов лет назад, вместе с первыми плацентарными позвоночными. Но зоологи из Оксфордского университета предположили, что на самом деле они в пять раз старше.
"О происхождении древних ретровирусов известно очень мало, отчасти из-за отсутствия геологических записей, – говорит один из авторов новой работы Арис Кадзоуракис (Aris Katzourakis). – Ретровирусы широко распространены среди позвоночных и могут легко передаваться от одного хозяина к другому. Они даже переносятся между такими дальними родственниками, как млекопитающие и птицы".
Помимо того что вирусы не оставляют после себя окаменелых скелетов, способность к быстрым мутациям полностью скрывает их прошлое на генетическом уровне. Зато они постоянно вставляют копии своих генов в ДНК поражаемых организмов. В итоге только в человеческом геноме содержится около 8% ретровирусных элементов, большая часть из которых, впрочем, не несёт никакой функциональной нагрузки.
В своих предыдущих работах, Кадзоуракис сначала доказал, что ретровирусы поражали млекопитающих около 100 миллионов лет назад, а затем приурочил их появление к выходу животных на сушу около 300 миллионов лет назад.
В этот раз учёный работал с пенистыми ретровирусами (human foamy viruses), которые получили своё название, благодаря характерной пене в цитоплазме заражённых клеток. Эти вирусы поражают самые разные организмы и оставляют свои следы в их ДНК, что позволяет проследить их историю.
Обычно для построения эволюционного древа, учёные используют частоту мутаций в сходных генах двух организмов. Чем больше мутаций они находят, тем, как считается, больше времени прошло с момента расхождения видов от общего предка.
Кадзоуракис и его коллега Пакорн Айвсакун (Pakorn Aiewsakun) исследовали следы генов пенистых вирусов у 36 видов пресмыкающихся и амфибий и буквально упёрлись в стену. Использованные математические формулы показали, что эволюция вирусов на разных этапах протекала с разной скоростью. Но так как мутации постоянно происходят с одной и той же частотой, единственным объяснением этому несоответствию является тот факт, что на самом деле ретровирусы появились гораздо раньше выхода земноводных на сушу.
Новая математическая модель, разработанная исследователями, показала гораздо более медленные темпы эволюционного развития ретровирусов, чем было принято считать ранее. Согласно ней, возникновение этих патогенов следует относить ко времени около 450 миллионов лет назад, то есть к периоду начала развития первых позвоночных животных.
Исследователи считают, что полученные результаты очень важны для понимания того, как современные ретровирусы взаимодействуют с организмами. В частности в новом контексте следует рассмотреть инструменты, которые "разработали" позвоночные для борьбы с вирусами и контрмеры последних.
"Предполагаемая нами дата происхождения ретровирусов совпадает с появлением у животных приобретённого иммунитета, – подводит итоги Кадзоуракис в пресс-релизе Оксфорда. — Таким образом, вполне вероятно, что именно они и сыграли в этом ключевую роль. Если мы будем лучше понимать природу взаимодействия вируса с иммунной системой хозяина, у нас на руках будут подсказки для своевременного вмешательства в эту "гонку вооружений" с целью разработки новых методов борьбы с захватчиками".
