被始祖人类收编的去势病毒,竟成为人类繁衍的关键基因 ?

胎盘中母体细胞和胎儿细胞的交界处,有一种蛋白质具有非常特殊的功能。 合胞素(syncytin)位于这个接口上,在母体与胎儿交换养分和废弃物时,担任像是分子交通警察的工作。 许多研究指出,这种蛋白质对于胚胎的健康极为重要。 有一群科学家造了合胞素基因有缺陷的小鼠,这种小鼠的生长活动一切正常,但却无法生育。 在受孕之后,胎盘无法成型, 因此胚胎不能存活。

母体如果少了合胞素,造不出具有功能的胎盘,胚胎也就无法得到养分。 人类如果缺少合胞素,也会产生许多和怀孕相关的问题。 患有子癫前症(preeclampsia)的女性,身上的合胞素基因就有缺陷,以致可以造出蛋白质, 却无法好好完成工作,结果在胎盘中引发出一连串反应,导致了极危险的高血压。

法国一个生物化学实验室,通过合胞素基因的 DNA 序列,来研究这个蛋白质的结构。 就如同林区的研究当中所看到的, 当一个基因被定序出来,就可以把遗传编码传送到电脑中,与其他生物所具备的基因序列进行比对。 这种辨认出模式的交互检查,能比对整个基因,也能找出其他基因序列中是否有类似的小片段。 几十年来,数据库中的基因序列资料来自各式各样的生物,小至细菌,大到大象,有数百万份。 比对工作揭露出许多基因是而扩大的基因家族,这在第五章谈到了。 在合胞素基因中,研究人员找寻的是其他相似的蛋白质,想说可以从中发现合胞素在怀孕期间发挥功能的方式。

发现的结果是个谜。 搜寻数据库后显示的结果是,合胞素和其他动物中的蛋白质都没有任何相似之处。 在植物与细菌中也没有发现到相似的序列。 最后电脑比对出来的结果让人惊讶与困惑:合胞素的基因序列,看起来非常像是某种病毒中的序列,并且像是造成艾滋病的人类免疫缺陷病毒(HIV)。 这种病毒为什么会有类似哺乳动物的蛋白质,而且那种蛋白质对于怀孕还很重要?

被始祖人类收编的去势病毒,竟成为人类繁衍的关键基因 ?插图 从人工培养的淋巴细胞中出芽的 HIV 病毒 (绿色部分)。 图/WIKIPEDIA研究人员在继续探究合胞素之前,要先成为病毒专家。 病毒是狡猾的分子寄生物。 它们的基因组非常精简,只含有感染和所需的信息。 病毒入侵细胞后,进入细胞核,并且进入基因组本身,一旦进入 DNA 里面,它们会接掌主权,利用宿主的基因组造更多病毒,并且生产病毒的蛋白质而不是宿主的蛋白质。 宿主细胞受到病毒感染后,就成为造千千万万病毒的工厂。 人类免疫缺陷病毒这类病毒,为了从一个细胞传播到另一个,它们会造出让宿主细胞黏在一起的蛋白质。 这种蛋白质能够把细胞并在一起,并建立通道,病毒借此可以从一个细胞移动到另一个细胞中。 为了达到这个目的,那种蛋白质会位于两个细胞的交界处,控两者之间的交通。 听起来似曾相识? 当然,因为合胞素在胎盘中做了同样的事情:合胞素把细胞并在一起,控胎儿细胞和母体细胞之间的分子交通。

被始祖人类收编的去势病毒,竟成为人类繁衍的关键基因 ?插图1 合胞素作用于胎盘中的合胞体滋胚层 Syncytiotrophoblast (浅蓝绿色处) ,让母体细胞与胎儿细胞能够相连通。 图/WIKIPEDIA研究团队越是深入,越是发觉合胞素其实是来自失去感染其他细胞能力的病毒。 哺乳动物蛋白质和病毒蛋白质的类似性,引导出一个新观念——在遥远过往的某个时间,一个病毒入侵了人类祖先的基因组,这个病毒含有某种类型的合胞素, 但它并没有指挥细胞造出千千万万个病毒,而是遭受去势,没有感染能力,反而被新的宿主利用上了。 人类的基因组是与病毒持续较劲的战场。 在合胞素这个例子中,因为尚未发现的机,病毒中负责感染的部位被删除了,其余部位则被留下来造胎盘所需的合胞素。 病毒把蛋白质带到了基因组中,本来是要攻击基因组,后来却受到劫持而为宿主效力。

科学家接着研究各种不同哺乳动物中的合胞素结构,发现小鼠的版本和哺乳动物的版本不同。 比对了数据库后,他们发现在不同的哺乳动物中,不同的病毒入侵产生了不同的合胞素。 灵长类动物的来自入侵所有灵长类祖先的病毒;啮齿类和其他哺乳动物的来自另一个感染事件,使得它们有不同版本的合胞素。 结果就是:灵长类、啮齿类和其他哺乳动物,各有来自不同入侵者的不同合胞素。

人类的DNA 并非完全继承自祖先,入侵的病毒会插入基因组中,产生功用。 人类祖先和病毒的战斗,也是众多创新的起源之一。

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