טרנספוזונים דמויי וירוסים מנהלים מלחמה על מחסום המינים

כעת, מדענים מהקבוצה של אלחנדרו בורגה ב-IMBA לא רק תופסים אירוע HGT בממלכת החיות על חם, אלא הם גם מזהים את אחד מהווקטורים המבוקשים שלו. באמצעות עבודת בילוש גנטית, בורגה וצוותו הראו אירוע של HGT בין שני מיני תולעים מבודדים ברבייה ששונים גנטית זה מזה כמו שבני אדם שונים מדגים. חשוב מכך, הם יכלו לזהות מה גרם לזה: משפחה של טרנספוזונים דמויי וירוסים בשם מאבריקס.

מסמר אשם: מאבריקס בתור וקטורים של HGT

"מאבריקס כבר היו ידועים ככיתה של טרנספוזונים, אבל העבודה שלנו מקשרת אותם ל-HGT בפעם הראשונה", אומר מנהיג קבוצת IMBA, אלחנדרו בורגה, המחבר המקביל של המחקר. "ידענו שה-HGT אכן מתרחש בין מינים של בעלי חיים, אבל לא היה לנו מושג איך. זו הפעם הראשונה שבה נוכל להבחין בפושע", מוסיפה הסופרת הראשונה סוניה ווידן, פוסט-דוקטורט במעבדת בורגה.

מתי מאבריקס התגלו באמצע שנות ה-2000, תחילה חשבו שהם טרנספוזונים גדולים, אלמנטים גנטיים אנוכיים שקופצים ומתפשטים בעצמם בגנום על חשבון המארח שלהם. מאבריקס דווחו במהירות ברוב ענפי האיקריוטים, כולל בני אדם, ובכך קבעו שמקורם לפני זמן רב.

טרנספוזונים ווירוסים, כור ההיתוך של הטבע?

בקרוב, הוכחה לכך מאבריקס הכיל גנים המקודדים אלמנטים ויראליים, כגון קפסיד ופולימראז DNA, החלו לצוץ. "האבולוציה של טרנספוזונים ווירוסים קשורה זה בזה," אומר בורגה. עם זאת, הקפסיד וה-DNA פולימראז אינם מספיקים כדי לאפשר לטרנספוזון לקפוץ מהגנום של המארח שלו ולהדביק את התאים של מארח שונה לחלוטין. כעת, חוקרי IMBA מצאו את החוליה החסרה: מאבריקס בגנומים של תולעים רכשו מה שנקרא חלבון fusogen, חלבון טרנסממברני שמתווך היתוך ממברנה בין תאים שונים. על ידי רכישת fusogen, הכותבים משערים שהתולעת Mavericks הפכה להיות מסוגלת ליצור חלקיקים דמויי וירוס שיכולים להתמזג עם קרומי התא של אורגניזם אחר ולהדביק אותם. "למיטב ידיעתנו, לא דווח על fusogen ב-Mavericks בעבר. לפיכך, אנו חושבים שתולעת Mavericks עשויה לקלוט את הרצף שלהן מווירוס", אומר ווידן. "ניתן לחשוב על טרנספוזונים ווירוסים ככור ההיתוך של הטבע. לאיחוד שלהם יכולות להיות השלכות בלתי צפויות ולהוביל לחדשנות גנומית", אומר בורגה.

הדגמת המשמעות של HGT בתולעים

במחקר הנוכחי, צוות ה-IMBA בראשות אלחנדרו בורגה והסופרים הראשונים סוניה ווידן וישראל קמפו בס, סטודנט לתואר שני לשעבר במעבדת בורגה, נתקל ב-HGT "במקרה לגמרי", כפי שאומר ווידן. למעשה, הצוות חקר את המקור האבולוציוני של יסוד אנוכי בנמטודה Caenorhabditis briggsae. תוך כדי עבודת בילוש, הם הצליחו לאתר את הרצף של הגן האנוכי הזה אל נמטודה אחרת, C. plicata, שנשאה עותק כמעט זהה. ממצא זה מפתיע מכיוון ש-C. briggsae ו-C. plicata הם שני מינים מבודדים מבחינה רבייה. "הגנומים שלהם שונים כמו אלה של בני אדם ודגים, ובכל זאת לשניהם יש גן כמעט זהה שמראה בבירור תכונות של אירוע HGT עדכני מבחינה אבולוציונית", אומר קמפו בס. "על ידי התבוננות מדוקדקת בגנום של C. plicata, מצאנו שהרצף הקדמוני שהוליד את הגן האנוכי ב-C. briggsae היה מוטבע בתוך Maverick in C. plicata. העובדה שהגן החדש שהוצג לאחר מכן התפתח ל- גן אנוכי חדש ב-C. briggsae מדגים את ההשפעה של HGT על התפתחות הגנום", מסביר ווידן. לאחר מכן, צוות IMBA המשיך והראה כי Mavericks אחראים לעשרות אירועי העברת HGT עצמאיים בין מיני תולעים השייכים לסוגים שונים ונמצאים בכל רחבי העולם.

רלוונטיות חקלאית ורפואית

מדעני IMBA טוענים שהאיחוד בין טרנספוזונים לוירוסים הוא גורם מפתח בתיווך HGT. למרות שהם עדיין מתקשים להאמין להצלחתם, הם מזהים את ההשפעה שיכולה להיות לממצאים שלהם על הסרת המסתורין של HGT. "הייתי משוכנע שבדקנו מקרה של HGT כשראינו לראשונה את התוצאות האלה במעבדה, אבל הייתי גם בטוח שלעולם לא נגלה איך זה קרה. עם זאת, הכוכבים התיישרו", אומר בורגה, שגם הוא מנבא כי Mavericks ואלמנטים דומים הניתנים להעברה דמויי וירוס יכולים לתווך HGT בבעלי חוליות ובאיקריוטים אחרים. לבסוף, הצוות חוזה יישומים אפשריים הן במעבדה והן כאמצעי הדברה נגד מיני תולעים טפיליות: "אם הוכח כי HGT בתיווך Maverick ישים באופן נרחב לכל מיני נמטודות, יש לו פוטנציאל להפוך למשאב שלא יסולא בפז. מעבר לקפדנות. יישומי מעבדה ומחקר כמו מניפולציה גנטית של נמטודות שאינן מודל, משאב כזה יכול לאפשר לנו, בעתיד, לשנות גנטית מיני נמטודות טפיליות שעשויות להיות רלוונטיות לחקלאית או רפואית", מסכם בורגה.