CRISPR: Древната имунна памет на микробите
Бактериите не са беззащитни срещу фаговите атаки. През 1987 г. Йошизуми Ишино открива необичайни повторени последователности в генома на Escherichia coli, чиято функция остава неизвестна в продължение на десетилетия. По-късно Франсиско Мохика установява, че тези участъци съдържат фрагменти от вирусна ДНК, заловени от бактерията при предишни инфекции.
Системата CRISPR-Cas9 функционира като молекулярна библиотека с оперативни данни. При нова атака бактерията синтезира РНК копие от заловения вирусен фрагмент, което насочва ензима Cas9 към съответната ДНК на нахлуващия вирус и я разрязва с хирургична точност. Разкриването на този естествен бактериален механизъм от Емануел Шарпантие и Дженифър Дудна доведе до революция в генното инженерство и редактирането на геноми, наградена с Нобелова награда през 2020 г.
При хората имунната памет срещу вируси разчита на лимфоцити и специфични антитела. Продължителността на защитата зависи от мутационната честота на патогена. Вируси с ниски нива на мутация, като вируса на морбили, осигуряват имунитет за десетилетия след боледуване или ваксинация. При вируса на грипа обаче повърхностните антигени хемаглутинин и неураминидаза се променят постоянно чрез антигенен дрифт и антигенен шифт. Това налага ежегодно обновяване на ваксиналния състав въз основа на мониторинг от световната мрежа на СЗО.
Въпреки това, някои вируси остават персистентни. Вирусът на варицела-зостер (Varicella Zoster) след първичната инфекция се оттегля в дорзалните коренчеви ганглии на гръбначния мозък. Там той остава в латентно състояние с десетилетия, подтискан от имунната система, докато спад в клетъчния имунитет не доведе до неговата реактивация под формата на херпес зостер.
Вирусните фрагменти като еволюционен двигател
Изследванията върху човешкия геном показват, че близо 8 процента от нашата ДНК се състои от ендогенни ретровируси (HERV). Това са остатъци от древни вирусни инфекции, настъпили в половите клетки на нашите прародители преди милиони години. Повечето от тези последователности са натрупали мутации и са загубили способността си да кодират инфекциозни частици, превръщайки се в инактивирани генетични остатъци.
През 2006 г. екип от френски изследователи, ръководен от Тиери Хайдман, успява да анализира съвкупност от такива фрагменти и да реконструира кодиращата последователност на ретровирус, наречен Phoenix. Синтезираният в лабораторни условия вирус показа способност да формира вириони и да заразява клетки ин витро, доказвайки съществуването на напълно функционален вирусен код, съхраняван в човешката ДНК в продължение на 5 милиона години.
Тези генетични вкаменелости обаче не са просто баласт. Белтъкът синцитин-1, който е от съществено значение за формирането на синцитиотрофобласта в човешката плацента, произлиза от кодиращ ген на ендогенен ретровирус (HERV-W). Без този вирусен протеин слеването на клетките на плацентата и обменът на хранителни вещества между майката и фетуса биха били невъзможни за бозайниците в сегашния им вид.
Подобна симбиоза се вижда и в структурата на еукариотните клетки. Според ендосимбионтната теория, формулирана от Лин Маргулис, митохондриите – органелите, отговорни за клетъчното дишане и производството на АТФ – произлизат от алфа-протеобактерии, които са били погълнати от древна пра-клетка преди 1.5 милиарда години. Вместо да бъдат разградени, те са останали вътре в клетката, запазвайки собствена пръстеновидна ДНК и рибозоми.
Физическата реалност показва, че границата между човешкия организационен код и микроскопичния свят не е изолирана стена. Оцеляването на сложните видове е резултат от продължили милиарди години процеси на инфекции, генетичен обмен и вътреклетъчно съжителство, които продължават да определят биологичното ни бъдеще.
