Po 10 latach żmudnych badań, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego znaleźli potwierdzenie, jak wirusy i gospodarze, których zarażają, ewoluują. Okazuje się, że w obu przypadkach mechanizmy są zupełnie inne.
Zespół prof. Animesha Gupty, dawniej z UC San Diego (obecnie w Generate Biomedicines Inc.), przeprowadził serię eksperymentów w celu ujawnienia zmian, jakim podlegają wirusy i gospodarze w ich ciągłej rywalizacji o przetrwanie. Wyniki opisano w czasopiśmie eLife.
Czytaj też: Jeden zastrzyk wyleczy z wirusa HIV? Opracowano przełomową terapię
Profesor Justin Meyer z zespołu Gupty mówi:
To jest taniec tam i z powrotem dla adaptacji i odporności. Najpierw wirus mutuje i zwiększa nacisk na bakterie, następnie bakteria odpowiada ewolucyjnym oporem, a wirus wprowadza innowacje, aby pokonać opór. Wirusy będące w stanie wprowadzać innowacje w ewolucyjnym sensie genetycznym zdarzają się znacznie częściej i szybciej niż się spodziewaliśmy ze względu na ten ciągły ewolucyjny wyścig zbrojeń.
Wirusy na ścieżkach ewolucji
Już od czasów Darwina wiemy, że podczas walki o przetrwanie gatunki wykształcają nowe funkcje, aby dostosować się do nowych wyzwań ekologicznych. Wiele z nich opiera się na ewolucji pojedynczego, odizolowanego organizmu. Ale przecież gatunki nie są zawieszone w próżni. Do tej pory niewiele było wiadomo o tym, jak ewolucja jednego gatunku wpływa na ewolucję drugiego (tzw. koewolucja).
Kiedy prof. Gupta i Meyer zaczynali badanie tej koncepcji dekadę temu, nie było technologii pozwalających odpowiednio zmierzyć tempo koewolucji. Naukowcy wykorzystali zupełnie nową technologię edycji i fenotypowania genów, która umożliwiła im dokładne zmierzenie tego, jak zmieniają się bakteriofagi (wirusy atakujące bakterie) w odpowiedzi na ewolucję ich gospodarzy (bakterii E. coli). Dzięki niej, uczeni byli w stanie śledzić wzajemne interakcje między mutacjami.
Czytaj też: Pospolity wirus odpowiedzialny za stwardnienie rozsiane? Wyniki tego badania to przełom
Prof. Meyer dodaje:
Łącząc wiele technologii, w tym inżynierię genomu z sekwencjonowaniem następnej generacji, które pozwoliło nam policzyć mutacje, mogliśmy zmierzyć, jak konkurują one ze sobą. Mogliśmy zobaczyć zmiany podczas koewolucji i być świadkami tego, co pozwalało na nowe mutacje.
Co się okazało? Prawie każdy genotyp wirusa zależał od tego, którego gospodarza infekował. Naukowcy wysnuli wniosek, że w kontekście koewolucji nie powinno się używać statycznego terminu “krajobrazu”, a bardziej dynamicznego terminu używanego w kontekście morza – seascape.
Prof. Meyer podsumowuje:
To badanie dostarcza bezpośrednich dowodów na rolę koewolucji w napędzaniu ewolucyjnej nowości i dostarcza ilościowych ram dla przewidywania ewolucji w koewoluujących społecznościach ekologicznych. Nasze badania pokazują, że kondycja pasożyta zależy od złożonych interakcji genetycznych w obrębie jego własnego genomu i z genomami współdziałających gospodarzy. Te współzależności skutkują wysoce warunkową ewolucją.
Praca ta może pozwolić na lepsze zrozumienie dynamicznych wirusów, takich jak wirus grypy czy SARS-CoV-2, a także opracowanie skuteczniejszych metod ich leczenia.