病毒是人類進(jìn)化的主要驅(qū)動力

病原體和它們的宿主之間不斷的戰(zhàn)爭長期以來被認(rèn)為是進(jìn)化的主要動力，但是在此之前，科學(xué)家們沒有工具跨物種和跨基因組地對這些戰(zhàn)爭模式進(jìn)行全局研究。在一項(xiàng)新研究中，來自美國斯坦福大學(xué)的研究人員使用大數(shù)據(jù)分析來揭示病毒“影響人類和其他哺乳動物進(jìn)化”的完整程度。

他們的發(fā)現(xiàn)提示著自從人類與黑猩猩在進(jìn)化上分離（divergence）以來，在所有的蛋白質(zhì)適應(yīng)（protein adaptation）中，有30%是由病毒驅(qū)動的。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在eLife期刊上，論文標(biāo)題為“Viruses are a dominant driver of protein adaptation in mammals”。

論文*作者、斯坦福大學(xué)博士后研究員David Enard博士說，“當(dāng)一種病毒性流行病在進(jìn)化過程的某一時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生時(shí)，該病毒靶向感染的宿主群體要么適應(yīng)，要么走向滅絕。我們知道這一點(diǎn)，但是真正讓我們吃驚的是，我們清晰地發(fā)現(xiàn)這種戰(zhàn)爭模式的強(qiáng)度。這是證實(shí)病毒對適應(yīng)產(chǎn)生如此強(qiáng)大的影響。”

蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的功能，從而讓我們的細(xì)胞運(yùn)轉(zhuǎn)起來。通過揭示蛋白質(zhì)形狀和組成上小的調(diào)整（即所謂的蛋白質(zhì)適應(yīng)）如何有助人類和其他哺乳動物對病毒作出反應(yīng)，這項(xiàng)研究可能有助于科學(xué)家們找到抵抗現(xiàn)今的病毒威脅的新療法。

論文通信作者、斯坦福大學(xué)生物學(xué)系副主任生物學(xué)教授Dmitri Petrov博士說，“我們正在了解在過去，細(xì)胞中的哪一部分被用來抵抗病毒，同時(shí)想必這對有機(jī)體本身沒有不利影響。這應(yīng)當(dāng)有助我們找到用來研究新療法的蛋白。”

之前對病毒與蛋白之間的相互作用的研究幾乎全部集中在直接參與免疫反應(yīng)的單個(gè)蛋白上。zui合乎邏輯的是，你會期望找到病毒驅(qū)動的蛋白質(zhì)適應(yīng)。這是*研究對所有類型的蛋白進(jìn)行全局性了解。

Enard說，“這里zui大的進(jìn)展之處不僅是非常特化的免疫蛋白經(jīng)適應(yīng)后抵抗病毒。幾乎任何類型的蛋白與病毒接觸后能夠參與抵抗病毒的適應(yīng)中。事實(shí)證明免疫反應(yīng)之外的適應(yīng)至少與免疫反應(yīng)內(nèi)的適應(yīng)一樣多。”

研究人員的*步就是識別所有已知與病毒進(jìn)行物理接觸的蛋白質(zhì)。在苦心查閱數(shù)萬篇科學(xué)文摘后，Enard將這個(gè)清單縮減到大約1300種感興趣的蛋白質(zhì)。他的下一步是構(gòu)建大數(shù)據(jù)算法對基因組數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索，并對與病毒相互作用的蛋白質(zhì)的進(jìn)化和其他蛋白質(zhì)的進(jìn)化進(jìn)行比較。

研究結(jié)果表明適應(yīng)在與病毒相互作用的蛋白質(zhì)中發(fā)生的頻率是其他蛋白質(zhì)的3倍。

Petrov說，“我們都對我們和其他生物如何進(jìn)行進(jìn)化和讓我們成為我們現(xiàn)在的樣子的進(jìn)化壓力感興趣。這種與病毒之間的持續(xù)戰(zhàn)爭在每個(gè)方面都塑造著我們---不只是抵抗感染的新蛋白質(zhì)，而是所有的一切---的發(fā)現(xiàn)是影響深遠(yuǎn)的。所有生物都與病毒共同生存了數(shù)十億年；這項(xiàng)研究表明這些相互作用影響著細(xì)胞的每個(gè)部分。”

病毒幾乎劫持宿主細(xì)胞的所有功能以便進(jìn)行復(fù)制和傳播，因此它們要比其他的進(jìn)化壓力（如捕食或環(huán)境條件）在更大程度上促進(jìn)細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)化是說得通的。這項(xiàng)研究揭示了一些長期存在的生物奧秘，比如親緣關(guān)系較為密切的物種進(jìn)化為不同的細(xì)胞機(jī)構(gòu)來執(zhí)行相同的細(xì)胞功能，如DNA復(fù)制或細(xì)胞膜制造。科學(xué)家們之前并不知道是進(jìn)什么化力量能夠?qū)е逻@些變化。Petrov說，“這篇論文是提供足夠大的和足夠純凈的數(shù)據(jù)來一舉解釋很多這樣的難題。”

當(dāng)前，研究人員正在使用這些發(fā)現(xiàn)來更加深入地研究過去的病毒流行病，希望為抵抗當(dāng)今的疾病提供新的見解。比如，類似HIV的病毒在整個(gè)進(jìn)化史的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上快速地感染我們的祖先和其他的動物物種。研究這些病毒對特定群體的影響可能針對我們與病毒之間的持續(xù)戰(zhàn)爭和我們可能在下一場大戰(zhàn)如何取得勝利獲得新的見解。