Představte si pandemii, trvající 15 milionů let. A představte si, že se netýká jednoho druhu, ale protkává větší část stromu života různě příbuzných druhů savců.

A nakonec si představte, že je tato pandemie tak významná, že zanechala svou stopu i v našem vlastním genomu.

Viry s námi i ostatními organismy koexistují už po miliony let a nalezneme je, kdekoli se nachází i život.

Viry tak přirozeně ovlivňují evoluci všech organismů, i když se tento vliv často obtížně sleduje, jelikož za sebou nenechávají skoro žádné fosilie v pravém slova smyslu. To, jak vznikly a vyvíjely se v čase, zůstává nevyřešeno.

Jiskřičkou naděje v poodhalení jejich evoluce je celogenomové sekvenování dnešních organismů, v jejichž DNA jsou kusy virů nastřádány. A právě tyto úseky DNA mohou sloužit jako molekulární „fosilie“ k odhalení historie koexistence virů a jejich hostitelů.

Čím se liší retroviry od virů

Všechny živé organismy mají DNA plnou zbytků prastarých virů. Tyto zbytky známe jako endogenní retroviry (dále jen ERV). Endogenní znamená vznikající uvnitř, a v tomto případě jde o vnitřek DNA hostitele.

Retroviry jako takové obvykle vyvolávají závažná onemocnění. Běžně infikují somatické buňky, a pokud se dostanou do zárodečných buněk (tedy vajíček a spermií), vytvoří se tzv. endogenní retroviry.

Samy se včleňují do DNA svého hostitele a chovají se jako jeho součást. A právě když se dostanou do reprodukčních buněk, virová sekvence je následně přenášena z rodičů na potomky.

Propašování ERV do genomu

Ve skutečnosti jsou viry začleněné do genomu svých hostitelů jen vcelku vzácně. Aby se tam dokázaly dostat, vše musí mít své správné načasování.

Po integraci do DNA spermie nebo vajíčka se musí virus dostat do konkrétního místa buňky tak, aby nepoškodil její chod nebo ji nezabil.

Také se musí dostat do té pravé zárodečné buňky, která bude v budoucnu spoluvytvářet zygotu, aby se tak dostal do další generace. V genomu hostitele se musí i nadále udržet, a to i přes to, že se organismy neustále evolučně vyvíjejí a mění v čase.

Virová fosilie

I přes to, že se ERV do genomu hostitele včleňují vzácně, je to pořád dost častý jev na to, aby za sebou retroviry dávné minulosti zanechaly „fosilní záznam“. Ten se ovšem nachází přímo v naší DNA, a ne v kameni nebo na dně oceánu, jak to u fosilií bývá.

V některých ohledech zde můžeme hovořit o běžném druhu fosilizace, protože i ten vyžaduje speciální načasování a podmínky.

Nicméně jsou ERV v naší DNA tak hojné, že tvoří okolo 8 % našeho genomu, což je čtyřikrát víc, než máme v genomu kódujících genů – tedy těch, jejichž sekvence kódují proteiny a díky kterým existujeme.

S nadsázkou lze říct, že jsme geneticky víc virus než lidé, protože máme v genomu 8 % retrovirové DNA a jen 2 % kódujících genů.

Po stopách ERV-Fc

Za jednu z nejdéle trvajících pandemií v historii může kmen ERV, nazývaný ERV-Fc, patřící mezi Gammaretroviry. Podle analýz datujeme jeho vznik do oligocénu, do doby před 40 miliony let.

Šlo o období prudkých globálních změn, spojených s posunem tektonických desek, klimatického ochlazování, rozrůstání velkých ploch travin a s tím spojeného šíření velkých savců jako převládající složkou fauny.

Přesto, že díky změnám ve vzdálenostech kontinentů mohli velcí savci více migrovat a potkávat se, ukázalo se, že se virus ERV-Fc vyskytoval u savců, jejichž rozšíření se v tu dobu geograficky nepřekrývalo.

Konkrétně šlo o šelmy Musteloidea, tj. psovité šelmy, ploskonosé opice a nártouny. Nedokážeme tak s jistotou určit, kde přesně ke vzniku viru ERV-Fc došlo.

Šíření exogenní (nakažlivé) formy ERV-Fc bylo velmi rychlé a také globální, jelikož zasažené skupiny druhů žily každá na jiném kontinentu, a tak jej můžeme označit za pandemii.

Data ukazují, že po vypuknutí a mnohých replikacích, mezidruhovému šíření a následnému včlenění do genomů savců trvala tato pandemie přes 15 milionů let.

Mezidruhové přenosy ERV-Fc

V rámci 30 milionů let se virus ERV-Fc postupně šířil a včleňoval do genomů savců nejen v rámci druhu, ale i mezidruhově a meziřádově.

Díky rozsáhlým fylogenetickým analýzám Williama E. Diehla a jeho kolegů, které publikovali v roce 2016, víme, že se ERV-Fc šířil mezi druhy savců stejného rodu, jako například člověka a makaka rhesus (Macaca mulatta).

U takového blízkého mezidruhového šíření nemusí virus překonávat velkou genetickou bariéru, a proto je tento typ mezidruhového šíření ERV-Fc častý.

Savci blízce příbuzných druhů také pravděpodobněji budou žít na stejném území, takže se snadno potkají a ERV-Fc si předají, což také usnadní jeho šíření.

Trochu náročnější je vysvětlení výsledků analýz, kdy se ERV-Fc jasně šířil i mezi savci patřícími do různých řádů, jako například mezi bodlínem, lemurem a delfínem. Jak došlo k mezidruhovému šíření mezi takto geneticky vzdálenými druhy? Netušíme.

Celkem se mezidruhový přenos ERV-Fc udál u savců v rámci milionů let minimálně 26krát.

Vliv ERV na organismus

Pokud mají na hostitele pozitivní vliv, působí ERV včleněním do genomu v těle více způsoby a mají hned několik rolí. Ve fyziologické roli mohou zasahovat do utváření placenty formou tvorby syncitinů.

U myší syncytiny možná také pomáhají při spojování myoblastů (svalových buněk) do svalových vláken. Další, regulační role ERV spočívá v regulaci RNA syntézy a procesů, které ve výsledku ovlivňují regulaci sousedních genů hostitele vedle samotného ERV v genomu.

Ovlivňují tak evoluci transkripce genomu hostitele, související s imunitní reakcí a funkčností placenty. A nakonec mají v organismu i čistě imunologickou roli. Některé proteiny odvozené od ERV mohou chránit hostitele před vnější (exogenní) retrovirovou infekcí.

Na druhou stranu byla ERV přisuzována různá autoimunitní onemocnění, rakovina i neurodegenerativní onemocnění, ale tyto teorie zůstaly zatím nepotvrzeny.

Pokud se vrátíme k ERV-Fc a jeho účinkům na organismus za pradávné pandemie, víme jen, že jemu dnes nejbližší příbuzné viry jsou virus myší leukémie (MLV, nebo MuVL) a virus kočičí leukémie (FeVL).

Viry ze stejné skupiny jako byl on způsobují podobná rakovinná onemocnění, takže můžeme předpokládat, že měl i podobný účinek na organismus. Jelikož nevíme, které buňky infikoval, nemůžeme říct, jestli způsoboval také leukémii, nebo jiný typ rakoviny.

ERV dneška

Protože se evoluce nikdy nezastaví, v procesu začleňování do genomů jsou ERV i dnes. V přírodních populacích savců můžeme tento proces pozorovat na různých úrovních fixace.

Například australské koaly přenášejí koalí retrovirus (KoRV), což je také gammaretrovirus jako ERV-Fc, zatímco ve svých tělech zároveň uchovávají velký počet jemu příbuzných nezafixovaných retrovirů (enKoRV), které stále aktivně napadají zárodečné buňky koaly, když se jim k tomu naskytne příležitost.

Nejsou ještě zafixované v genomu, jelikož se začaly fixovat až před pouhými 25 000 let. V lidském genomu je jedním z nověji se fixujících retrovirů retrovirus HERV-K, který je starší a už neexistují jeho exogenní formy.

Stal se za dobu jednoho milionu let čistě endogenním virem.

U opic starého světa nalezneme endovirus ERV-W, který sdílejí různé druhy této skupiny opic, což naznačuje, že začleňování ERV-W započalo před dlouhou dobou u předka všech dnešních starosvětských opic, a to před přibližně 40 miliony let.

Jednou z nejstarších rodin endovirů u savců jsou pak ERV-L elementy, které infikovaly jejich zárodečné buňky před 70 miliony let a následně se mnohokrát vtěsnaly do genomu různých linií savců včetně té vedoucí k člověku, kde se napevno zafixovaly.