Viirused toovad inimorganismi uusi geene ({{contentCtrl.commentsTotal}})

“Ilus… aga tappev” nii pealkirjastas oma elektronmikroskoobi pildi John Bernbaum USAst. Pildil on ebola viirusosake, mis võetud ahvi neerurakust.
“Ilus… aga tappev” nii pealkirjastas oma elektronmikroskoobi pildi John Bernbaum USAst. Pildil on ebola viirusosake, mis võetud ahvi neerurakust. Autor/allikas: BernbaumJG/Wikimedia Commons

Evolutsiooni käigus uute oludega kohastumiseks muutuvad organismid geneetiliselt – muuhulgas tekib ka uusi geene. Oma panuse elusorganismide geneetilisse mitmekesisusse annavad eluta looduse alla rühmitatud viirused.

Kaua aega on arvatud, et geenid tekivad ainult kromosoomide, genoomi piirkondade või üksikute geenide kahekordistumise tulemusena valke kodeerivates piirkondades. Mittekodeerivates genoomipiirkondades on seda peetud vähetõenäoliseks. Praeguseks oleme teada saanud, et suurem osa geenidest tekib küll kahekordistumise teel, kuid seda ka valke mittekodeerivas piirkonnas.

Uued geenid võivad teatud organismides tekkida ka horisontaalse geeniülekande tulemusena, mille käigus ühe liigi geneetiline materjal kandub üle teise liiki kuuluvasse organismi. Nähtus on peamiselt levinud bakteritel ning seetõttu on nad aja jooksul omandanud mitmeid kasulikke geene, millest mõned pärinevad ka viirustelt.

Bakteriviiruste ehk bakteriofaagide võimet viia bakterite geene ühest rakust teise on pikalt tuntud ning seetõttu kasutatakse seda ära ka molekulaarbioloogia meetodites. Mõnikord osutub viiruslik geen bakterile aga niivõrd kasulikuks, et sellest saab bakteri genoomi lahutamatu osa. Taolise nähtuse esinemist eukarüootidel ehk päristuumsetel organismidel, kelle hulka kuulub ka inimene, ei osatud varasematel aegadel oodata. Eriti vähetõenäoliseks on peetud horisontaalset geeniülekannet RNA viirustelt eukarüootidele.

Nii avastatigi suhteliselt hiljuti, et tegelikult on nähtus imetajates mitmel korral aset leidnud. "Tänaseks on selgeks saanud, et veel hiljuti võimatuks peetud sündmus ei olegi olnud niivõrd harv ning RNA viirustelt eukarüootidele geeni ülekandeid on toimunud vähemalt kümneid kordi viimase mõnekümne miljoni aasta jooksul. Viirustelt imetajatele ülekandunud geenid võivad omada ka esmapilgul üsna ootamatuid funktsioone – näiteks on üks viiruselt inimesele üle kandunud geen väga oluline platsenta arengus," selgitab Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituudi viroloogia vanemteadur Aare Abroi.

Viiruste evolutsioonilist ajalugu on keeruline uurida, kuna erinevalt paljudest elusorganismidest ei jää neist geoloogilisi fossiile. Ammustel aegadel viirustelt peremehele ülekandunud geenid on teatud mõttes molekulaarsed fossiilid, mis võimaldavad mõista viiruste minevikku, kuid teadustöö teeb keeruliseks asjaolu, et peame tagasi vaatama kümneid või lausa sadu miljoneid aastaid. Suhteliselt hiljutisi viiruselt peremehele toimunud geeniülekandeid on lihtne tuvastada geenijärjestuste või valgujärjestuste paariviisilise võrdlusega, kuid viiruste kiire evolutsioneerumise tõttu võivad ühist eellast omavad geenid usaldusväärse järjestussarnasuse aja jooksul kaotada.

Tartu Ülikooli bioinformaatika doktorant Heleri Kirsip ja vanemteadur Aare Abroi rakendasid viiruste uurimiseks meetodit, mis võimaldab olemasolevate meetodite puudusest kõrvale hiilida. Selleks kasutasid nad peidetud Markovi mudeleid (HMM; hidden Markov models), mis on kasutusel olnud pikemat aega peamiselt statistika valdkonnas, kuid Tartu teadlaste poolt esmakordselt ka viiruste uurimisel.

"Eelnevate meetodite kasutamise piiranguks oli eelkõige kaugemate sugulaste puudulik tuvastamine – visuaalsel vaatlusel on keeruline näha näiteks inimese ja hülge sugulust, kuid skelettide võrdlemisel on nende sugulus ilmselge. Rakendatud meetod teeb midagi sarnast ehk võimaldab uurida ajas üsna püsivat tunnust, nn valgu skeletti, mis lihtsal visuaalsel vaatlusel välja justkui ei paista," kommenteeris Abroi.

Uudset meetodit kasutades leiti, et ühe taimi nakatava RNA viiruse geen on umbes 70 kuni 110 miljonit aastat tagasi üle kandunud putukate genoomi ning seal ka fikseerunud, kuid veelgi enam annab uus teadmine kinnitust meetodi töötamisest. Lisaks suurendab Kirsipi ja Abroi töös kirjeldatud lähenemine geeniülekande uurimise ajalist sügavust kaks kuni viis korda ning on ka oluliselt täpsem ja tundlikum.

Teadlaste töö avab uued võimalused viiruselt peremehele ja vastupidise geeniülekande uurimiseks. Meetodi abil on võimalik uurida nii viiruste ja peremeesorganismide pikaajalist kooseksisteerimist ja vastasmõju kui ka põhjalikumalt selgitada viiruste evolutsiooni, hinnata nende vanust ning rolli globaalses evolutsioonis. Abroi sõnul võime geeniülekande ulatusest järeldada, et geeniülekanne toimub ka tänapäeval. Seetõttu leiab vanemteadur, et inimese genoomi uurimisel, eriti personaalmeditsiinis, peaks arvestama ka asjaoluga, et patsiendi genoom võib sisaldada ka viirustelt pärinevat geneetilist materjali ning see võib põhjustada teatud füsioloogilisi eripärasi.

Tavapäraselt mõeldakse viirustest kui patogeenidest. Viiruste uurimine on aga oluline, sest nad on meie planeedi kõige arvukamad, geneetiliselt mitmekesisemad ning kõige laiemalt levinud bioloogilised objektid, mistõttu omavad nad väga olulist rolli kogu biosfääris. Juba inimese organismis on bakterirakke inimese rakkudest ligi kümme korda enam, viiruseid omakorda aga suurusjärgu võrra rohkemgi. Seetõttu on oluline mõista viiruste erinevaid rolle nii biosfääris kui ka inimese heaolus ning patoloogias. Vanemteadur usub, et peagi muutub ühiskonna suhtumine viiruste osas:

"Veel umbes 30 aastat tagasi suhtuti ka bakteritesse negatiivselt, kartuses, et nad toovad endaga kaasa vaid probleeme ja haigusi ning neid tuleb igalt poolt tingimusteta hävitada (hea näide on antibakteriaalsete seepide kampaaniaid). Tänaseks on teada, kui vajalikud on bakterid inimese organismile nii seedekulglas kui ka nahal, rääkimata ökosüsteemist. Liigsest puhtusest on tingitud mitmed allergiad ning õigete bakterite puudusest toidu talumatused ja teised probleemid. Samasugust muutust meie teadmistes ja suhtumises on oodata ka viiruste osas – viirused jäävad küll parasiitideks, kuid nad ei ole alati patogeenid, vaid tähtis osa meid ümbritsevast ökosüsteemist."

Täpsemalt on viiruste evolutsiooni ning viiruslike elementide analüüsimise kohta genoomis võimalik lugeda Aare Abroi ja Heleri Kirsipi poolt avaldatud artiklis "Protein Structure-Guided Hidden Markov Models (HMMs) as A Powerful Method in the Detection of Ancestral Endogenous Viral Elements" ajakirjas Viruses.

Toimetaja: Randel Kreitsberg, Tartu Ülikool

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: