바이러스 같은 트랜스포존이 종의 장벽과 전쟁을 벌이다

북극해와 남극해에 사는 물고기는 살기 힘든 극지방의 바다에서 혈액과 조직이 얼지 않도록 독창적인 전략을 발전시켰습니다. 그러한 적응 전략 중 하나는 부동액 단백질을 생산하는 유전자의 진화입니다. 그러나 10년 전에 과학자들은 완전히 다른 두 종인 청어와 빙어가 게놈에 인코딩된 정확히 동일한 부동액 단백질을 가지고 있다는 사실을 발견하고 놀랐습니다. 이는 그들 사이의 유전자 전달을 나타냅니다. 이와 같은 예는 다음과 같은 질문을 제기합니다. 어떻게 유전자가 완전히 다른 종 사이를 “점프”할 수 있습니까? 수평적 유전자 전달(HGT)로 알려진 이 희귀한 현상은 오랫동안 진화 생물학자들을 당혹스럽게 했습니다. 그리고 수년에 걸쳐 삶의 모든 분야에서 HGT의 새로운 사례가 발견되고 있음에도 불구하고 이러한 전이를 담당하는 메커니즘은 대부분 알려지지 않았습니다.

이제 IMBA의 알레한드로 부르가(Alejandro Burga) 그룹의 과학자들은 동물계에서 HGT 사건을 적발할 뿐만 아니라 오랫동안 찾아온 벡터 중 하나를 식별합니다. 유전 탐정 작업을 통해 Burga와 그의 팀은 인간이 어류와 유전적으로 다른 두 가지 생식적으로 분리된 벌레 종 사이의 HGT 사건을 보여주었습니다. 더 중요한 것은 원인을 규명할 수 있었다는 것입니다. 매버릭스.

범인을 못 박는 것: 매버릭스 HGT의 벡터로

IMBA 그룹 리더인 알레한드로 부르가(Alejandro Burga) 연구 교신 저자는 “매버릭스는 이미 트랜스포손의 한 부류로 알려져 있었지만 우리의 연구는 처음으로 그것들을 HGT와 연결시켰다”고 말했다. “우리는 HGT가 동물 종 사이에서 발생한다는 것을 알고 있었지만 어떻게 발생했는지는 몰랐습니다. 범인을 확실하게 잡아낼 수 있었던 것은 이번이 처음입니다.”라고 Burga 연구실의 박사후 연구원인 공동 제1 저자인 Sonya Widen은 덧붙였습니다.

언제 매버릭스 2000년대 중반에 발견된 그들은 처음에는 숙주를 희생시키면서 게놈에서 점프하고 자가 전파하는 이기적인 유전 요소인 큰 트랜스포존으로 생각되었습니다. 매버릭스 인간을 포함한 대부분의 진핵생물 분과에서 빠르게 보고되어 오래 전에 기원했음을 입증했습니다.

트랜스포존과 바이러스, 자연의 용광로?

곧, 그 증거 매버릭스 캡시드 및 DNA 폴리머라아제와 같은 바이러스 요소를 암호화하는 유전자가 표면화되기 시작했습니다. “트랜스포존과 바이러스의 진화는 밀접하게 얽혀 있습니다.” Burga는 말합니다. 그러나 캡시드와 DNA 폴리머라아제는 트랜스포존이 숙주의 게놈에서 뛰어내려 완전히 다른 숙주의 세포를 감염시키는 데 충분하지 않습니다. 이제 IMBA 연구원들은 누락된 링크를 발견했습니다. 매버릭스 웜 게놈에서 서로 다른 세포 간의 막 융합을 매개하는 막 횡단 단백질인 소위 fusogen 단백질을 획득했습니다. Fusogen을 획득함으로써 저자는 웜 Mavericks가 다른 유기체의 세포막과 융합하여 감염시킬 수 있는 바이러스와 같은 입자를 형성할 수 있게 되었다고 가정합니다. “우리가 아는 한, 이전에 Mavericks에서 fusogen이 보고된 적이 없습니다. 따라서 웜 Mavericks가 바이러스에서 시퀀스를 선택했을 수 있다고 생각합니다.”라고 Widen은 말합니다. “트랜스포손과 바이러스는 자연의 용광로로 생각할 수 있습니다. 그들의 결합은 예측할 수 없는 영향을 미치고 게놈 혁신으로 이어질 수 있습니다.”라고 Burga는 말합니다.

웜에서 HGT의 중요성 입증

현재 연구에서 Alejandro Burga와 공동 제1저자 Sonya Widen 및 이전 Burga 연구소의 석사 과정 학생인 Israel Campo Bes가 이끄는 IMBA 팀은 Widen이 말한 것처럼 “완전히 우연히” HGT를 발견했습니다. 사실, 그 팀은 선충류인 Caenorhabditis briggsae에서 이기적인 요소의 진화적 기원을 연구하고 있었습니다. 몇 가지 탐정 작업을 통해 그들은 이 이기적인 유전자의 서열을 거의 동일한 사본을 가지고 있는 또 다른 선충류인 C. plicata까지 추적할 수 있었습니다. 이 발견은 C. briggsae와 C. plicata가 생식적으로 분리된 두 종이기 때문에 놀라운 것입니다. Campo Bes는 “그들의 게놈은 인간과 어류의 게놈만큼 다양하지만 진화론적으로 최근에 발생한 HGT 사건의 특징을 분명히 보여주는 거의 동일한 유전자를 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. “C. plicata의 게놈을 주의 깊게 살펴봄으로써 C. briggsae의 이기적 유전자를 발생시킨 조상 서열이 C. plicata의 Maverick 내부에 내장되어 있음을 발견했습니다. 이 새로 도입된 유전자가 이후에 C. briggsae의 새로운 이기적 유전자는 HGT가 게놈 진화에 미치는 영향을 보여줍니다.”라고 Widen은 설명합니다. 그런 다음 IMBA 팀은 계속해서 Mavericks가 서로 다른 속에 속하고 전 세계에서 발견되는 웜 종 간에 수십 개의 독립적인 HGT 전송 이벤트를 담당하고 있음을 보여주었습니다.

농업 및 의료 관련성

IMBA 과학자들은 트랜스포존과 바이러스 사이의 결합이 HGT를 매개하는 핵심 요소라고 주장합니다. 여전히 그들의 성공을 믿기 힘들지만, 그들은 그들의 발견이 HGT의 수수께끼를 푸는 데 미칠 수 있는 영향을 인식하고 있습니다. “실험실에서 이 결과를 처음 보았을 때 HGT 사례를 보고 있다고 확신했지만 어떻게 발생했는지 결코 알 수 없을 것이라고 확신했습니다. 그러나 별들은 정렬되었습니다.”라고 Burga는 말합니다. Mavericks 및 유사한 바이러스 유사 전이 요소가 척추동물 및 기타 진핵생물에서 HGT를 매개할 수 있다고 예측합니다. 마지막으로 팀은 실험실과 기생 벌레 종에 대한 해충 방제 조치 모두에서 가능한 응용 프로그램을 예견합니다. 비모델 선충류의 유전자 조작과 같은 실험실 및 연구 응용 프로그램을 통해 미래에 농업 또는 의료 관련이 있을 수 있는 기생 선충류 종을 유전적으로 변형할 수 있습니다.”라고 Burga는 결론지었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230629193248.htm