病原體與宿主之間的持續(xù)戰(zhàn)斗長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是進(jìn)化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，但到目前為止，科學(xué)家還沒有工具在物種和基因組之間全面研究這些模式。在一項(xiàng)新的研究中，研究人員應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析來(lái)揭示病毒對(duì)人類和其他哺乳動(dòng)物進(jìn)化的影響的全部程度。他們的研究結(jié)果表明，由于人類與黑猩猩的分歧是由病毒驅(qū)動(dòng)的，因此所有蛋白質(zhì)適應(yīng)性都有驚人的30%。

“當(dāng)你在進(jìn)化的某個(gè)時(shí)刻出現(xiàn)大流行病或流行病時(shí)，病毒所針對(duì)的人群會(huì)適應(yīng)或滅絕。我們知道這一點(diǎn)，但真正令我們感到驚訝的是我們發(fā)現(xiàn)的模式的強(qiáng)度和清晰度，斯坦福大學(xué)博士后研究員，該研究的第一作者大衛(wèi)·恩納德博士說(shuō)。“這是第一次證明病毒對(duì)適應(yīng)有如此強(qiáng)烈的影響。”

該研究最近發(fā)表在eLife雜志上，將于7月14日在由美國(guó)遺傳學(xué)會(huì)主辦的Allied Genetics Conference上發(fā)表。

蛋白質(zhì)執(zhí)行大量功能，使我們的細(xì)胞保持滴答作響。通過(guò)揭示蛋白質(zhì)形狀和成分的微小調(diào)整如何幫助人類和其他哺乳動(dòng)物對(duì)病毒做出反應(yīng)，該研究可以幫助研究人員找到針對(duì)當(dāng)今病毒威脅的新治療線索。

該研究的資深作者Dmitri Petrov博士，Michelle和Kevin Douglas生物學(xué)教授說(shuō)：“我們正在研究細(xì)胞的哪些部分過(guò)去曾用于對(duì)抗病毒，可能對(duì)生物體沒有不利影響。”斯坦福大學(xué)生物系副主席。“這應(yīng)該讓我們了解壓力點(diǎn)并幫助我們找到蛋白質(zhì)來(lái)研究新療法。”

以前關(guān)于病毒和蛋白質(zhì)之間相互作用的研究幾乎完全集中在直接參與免疫反應(yīng)的個(gè)體蛋白質(zhì)上 - 這是你期望找到由病毒驅(qū)動(dòng)的適應(yīng)性最合理的地方。這是第一項(xiàng)全面研究所有類型蛋白質(zhì)的研究。

“這里的重大進(jìn)步是，它不僅是非常特化的免疫蛋白，能夠抵抗病毒，”Enard說(shuō)。“與病毒接觸的任何類型的蛋白質(zhì)都可以參與對(duì)病毒的適應(yīng)。事實(shí)證明，免疫反應(yīng)之外的適應(yīng)性至少與其中一樣多。”

該團(tuán)隊(duì)的第一步是確定所有已知與病毒物理相互作用的蛋白質(zhì)。在仔細(xì)閱讀了成千上萬(wàn)的科學(xué)文摘后，Enard將這份名單列入了大約1,300種感興趣的蛋白質(zhì)。他的下一步是建立大數(shù)據(jù)算法來(lái)搜索基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，并比較病毒相互作用蛋白質(zhì)與其他蛋白質(zhì)相互作用的進(jìn)化。

結(jié)果顯示，與其他蛋白質(zhì)相比，病毒相互作用蛋白質(zhì)的適應(yīng)性發(fā)生率是其三倍。

彼得羅夫說(shuō)：“我們都對(duì)我們和其他生物體如何進(jìn)化以及使我們成為現(xiàn)實(shí)的壓力感興趣。” “發(fā)現(xiàn)這種與病毒的持續(xù)戰(zhàn)斗已經(jīng)在各個(gè)方面塑造了我們 - 不僅僅是抗擊感染的少數(shù)幾種蛋白質(zhì)，而是一切 - 都是深刻的。所有生物體都已經(jīng)攜帶病毒數(shù)十億年;這項(xiàng)工作表明這些相互作用有影響了細(xì)胞的每個(gè)部分。“

病毒幾乎劫持了宿主生物體細(xì)胞的所有功能，以便進(jìn)行復(fù)制和傳播，因此它們比其他進(jìn)化壓力(如捕食或環(huán)境條件)更能推動(dòng)細(xì)胞機(jī)器的進(jìn)化。該研究揭示了一些長(zhǎng)期存在的生物學(xué)謎團(tuán)，例如為什么密切相關(guān)的物種已經(jīng)進(jìn)化出不同的機(jī)制以執(zhí)行相同的細(xì)胞功能，如DNA復(fù)制或膜的產(chǎn)生。研究人員以前不知道進(jìn)化力可能導(dǎo)致這種變化。彼得羅夫說(shuō)：“這篇文章是第一個(gè)足夠大且足夠干凈的數(shù)據(jù)，足以一舉解釋許多這些難題。”

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在利用這些研究結(jié)果深入研究過(guò)去的病毒流行病，希望獲得有助于今天抗擊疾病的見解。例如，艾滋病毒樣病毒在整個(gè)進(jìn)化史上的多個(gè)點(diǎn)都席卷了我們的祖先和其他動(dòng)物物種。觀察這些病毒對(duì)特定人群的影響，可以對(duì)我們與病毒的不斷戰(zhàn)爭(zhēng)產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí) - 以及我們?nèi)绾乌A得下一場(chǎng)大戰(zhàn)。