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5万年前的病毒感染,正在重写考拉基因组,导致其癌症高发

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生物世界 2021-02-28 18:12
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撰文|王聪

考拉,也叫树袋熊(学名:Phascolarctos cinereus),它们几乎终生都在树上度过,其白天的绝大部分时间不是睡觉就是静坐,只有不到10%的时间用来觅食。体形肥胖,毛又乱又厚,没有尾巴。成年树袋熊体长约70-80厘米,体重10千克左右。

考拉是澳大利亚的国宝,也是澳大利亚奇特的珍贵原始树栖动物,在2013年CNN评选的世界最可爱物种排行榜上排名第十五。

然而,这种可爱的动物却命途多舛,近年来,考拉接连遭遇严重健康问题(例如致命病毒感染、衣原体感染),以及严重环境问题,其栖息地遭到大量破坏,尤其是近期的澳大利亚山火,导致考拉80%的自然栖息地丧失。

此外,考拉的淋巴瘤、白血病,以及其他癌症发病率很高,但具体原因尚不清楚。

近日,德国莱布尼兹动物园和野生动物研究所的研究团队在Nature Communications杂志发表了题为:Retroviral integrations contribute to elevated host cancer rates during germline invasion 的研究论文。

该研究表明,大约在5万年前,一种名为考拉逆转录病毒(KoRV)的病毒,感染了考拉的卵细胞或精子并整合在了其基因组中,导致考拉后代的身体的每个细胞都携带了这种逆转录病毒,这些仍在高度活跃的逆转录病毒,在频繁地复制和整合过程中,给考拉基因组带来了高负荷基因突变压力,从而诱导了考拉的癌症高发

实际上,所有的动物在其进化史上的某些时候都经历过类似的“逆转录病毒”感染,并导致其基因组中包含许多古老的逆转录病毒。例如人类,基因组中有大约8%就来自逆转录病毒

这些逆转录病毒往往已经有数百万年的历史,从而变成了一种无活性形式,这些形式不再对宿主有害。

由于这种逆转录病毒感染并整合到基因组中的过程,在大多数动物物种中已发生于数百万年前,因此当时刚感染时对宿主的直接健康影响尚不清楚,但科学家们认为,在感染的最初阶段,逆转录病毒对基因组的入侵可能对健康产生相当大的有害影响

由于逆转录病毒感染可以引起癌症,因此人们认为,考拉逆转录病毒(KoRV)与澳大利亚考拉的高频率淋巴瘤、白血病和其他癌症之间存在联系

为了研究这一联系,研究团队对患有癌症的野生考拉进行了DNA测序,从而准确地检测出考拉基因组中KoRV的拷贝数,并确定这些逆转录病毒插入在考拉基因组中的确切位置。

研究团队发现,澳大利亚北部的整个考拉种群100%感染了考拉逆转录病毒(KoRV),且每个考拉100%的细胞内携带了考拉逆转录病毒(KoRV)基因组。这一感染过程可能仅发生在5万年前,因此这一逆转录病毒感染过程仍处于非常早期的阶段。

检测结果发现,每只考拉的基因组中携带着大约80-100份考拉逆转录病毒(KoRV)的遗传拷贝。其中大多数的基因组位置在考拉之间没有共享,这表明考拉种群中KoRV拷贝的迅速扩展和积累。

每次逆转录病毒将自身复制并重新插入宿主基因组时,都会引起宿主基因突变,并可能破坏其基因表达,这可能对宿主有害。这些检测结果表明,考拉逆转录病毒(KoRV)正在频繁地将自身基因组复制整合到考拉基因组中,从而给考拉带来了很高的基因突变负荷。

这些患癌症的考拉的肿瘤组织包含许多新的考拉逆转录病毒(KoRV)拷贝,表明KoRV在肿瘤细胞中更具活性,而且这些拷贝通常位于与癌症相关的基因附近。肿瘤组织中新插入KoRV会影响其附近基因的表达,与癌症相关的基因表达的这种变化可以引起细胞生长和增殖的增加,从而导致肿瘤

比较考拉之间的考拉逆转录病毒(KoRV)的基因组位置还表明,KoRV可能使相关的考拉容易患上特定的肿瘤,因为考拉在特定的癌症相关基因中共享KoRV插入,这些基因与特定类型的癌症有关,并且可以传给其后代。

在研究的所有考拉中,它们的基因组中存在着“热点”,也就是考拉逆转录病毒(KoRV)经常插入的位点,这些热点同样也位于与癌症相关的基因附近

总的来说,该研究在基因组水平发现考拉的多个癌症相关基因表达与考拉逆转录病毒(KoRV)感染有关,揭示了考拉癌症高发的原因。尽管还可能有其他导致考拉癌症高发的因素,但这一5万年前发生的逆转录病毒感染,目前病毒基因组仍处于活跃阶段,病毒基因组活跃地复制和整合,大大增加了考拉基因突变和细胞癌变的频率,并可能缩短其癌症发展的时间。

此外,论文作者还表示,之前的研究发现,考拉体内存在的更古老的逆转录病毒有助于现在的逆转录病毒降解和休眠。也就是说考拉正处于一场在逆转录病毒中的存活竞赛之中

除了遭受癌症高发的健康问题以外,考拉的生存环境正经受着更严酷的考验,自2019年9月至今,澳大利亚正经历着有史以来最严重的野火。大火已经毁掉了考拉80%的自然栖息地,数千只考拉葬身火海,加上栖息地锐减,被烧森林恢复难度大,以及气候变化和疾病威胁等,澳大利亚考拉的数量大幅减少,正在面临功能性灭绝。

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21612-7

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