Un studiu publicat recent în jurnalul științific Nature Ecology & Evolution descrie un sistem antiviral la anemone de mare complet necunoscut până acum, demonstrând că evoluția sistemelor imunitare este mult mai vastă și diversă decât s-a crezut. Mecanismul nou-descoperit se bazează pe o proteină care seamănă izbitor cu una dintre cele mai importante proteine antivirale de la om, dar care îndeplinește funcția opusă — și care rămâne, totuși, esențială pentru protejarea animalului împotriva infecțiilor. Rezultatele sugerează că evoluția a produs mai multe strategii eficiente de combatere a virusurilor în întregul regn animal.
Cercetarea, coordonată de doctorandul Ton Sharoni și de prof. Yehu Moran de la Universitatea Ebraică din Ierusalim, în colaborare cu oameni de știință de la Universitatea din Carolina de Nord din Charlotte, a fost publicată în revista Nature Ecology & Evolution. Studiul contestă ideea, larg acceptată de multă vreme, potrivit căreia animalele ar fi moștenit un singur sistem antiviral de bază de la un strămoș comun; în schimb, el indică existența mai multor soluții evolutive prin care organismele rezistă infecțiilor virale.
Un animal străvechi explică evoluția sistemului imunitar: cum se apără animalele de virusuri?
Virusurile au reprezentat o amenințare pentru organismele vii de-a lungul întregii istorii evolutive. La oameni și la alte vertebrate, una dintre principalele apărări antivirale ale organismului depinde de o proteină numită Acronim pentru „Mitochondrial Antiviral-Signaling protein”. Este o proteină esențială la om și alte vertebrate, care acționează ca o alarmă celulară: odată ce detectează un virus, declanșează imediat răspunsul imunitar al organismului. Atunci când un virus este detectat, MAVS contribuie la declanșarea sistemului imunitar, permițându-i să răspundă la infecție.
Pentru a afla cât de vechi ar putea fi acest sistem de apărare, cercetătorii s-au orientat către anemonele de mare. Aceste animale marine străvechi s-au desprins de linia evolutivă care avea să ducă, în cele din urmă, la apariția oamenilor în urmă cu peste 600 de milioane de ani. Fiind rude apropiate ale coralilor și ale meduzelor, anemonele de mare oferă oamenilor de știință o fereastră valoroasă către evoluția timpurie a imunității animale.
În cursul studiului, echipa a identificat o proteină necunoscută până atunci, pe care a denumit-o (Proteina de legare a inhibitorului CARD). O proteină recent descoperită la anemonele de mare care, deși seamănă cu proteina umană MAVS, funcționează acționând ca o frână imunitară esențială pentru declanșarea unei apărări antivirale eficiente. (proteina de legare a inhibitorului CARD). Inițial, CARDIB părea remarcabil de asemănătoare cu MAVS, ceea ce i-a făcut pe cercetători să presupună că ar putea îndeplini același rol antiviral ca la oameni.
Ipoteza s-a dovedit însă rapid greșită.
„Totul legat de CARDIB sugera că ar trebui să funcționeze ca MAVS. În schimb, am descoperit că face exact opusul. În loc să activeze apărarea antivirală, CARDIB o suprimă în mod normal.”, a declarat prof. Yehu Moran, șeful Departamentului de Ecologie, Evoluție și Comportament de la Universitatea Ebraică, conform publicației Science Daily.
O proteină surprinzătoare care protejează prin încetinirea sistemului imunitar
Descoperirea a ridicat imediat o întrebare importantă: de ce ar suprima un animal, în mod deliberat, propriul răspuns imunitar?
Pentru a găsi răspunsul, cercetătorii au recurs la tehnologia de editare genetică Tehnologie revoluționară de editare genetică (CRISPR-Cas9) care acționează ca niște „foarfece moleculare”, permițând cercetătorilor să taie, să modifice sau să șteargă secvențe specifice de ADN dintr-un organism cu o precizie extremă. — o metodă care permite tăierea și modificarea precisă a ADN-ului — și au eliminat gena CARDIB din anemonele de mare înainte de a le expune la virusuri.
Rezultatele au fost neașteptate. Anemonele de mare private de CARDIB au devenit mult mai vulnerabile la infecție: virusurile s-au multiplicat mai rapid, animalele nu au mai reușit să-și activeze corespunzător apărarea antivirală, iar capacitatea lor de a combate infecția a scăzut dramatic.
„Rezultatele au fost complet contraintuitive. Deși CARDIB acționează ca o frână asupra sistemului imunitar în condiții normale, acea frână se dovedește a fi esențială pentru declanșarea unui răspuns antiviral eficient.”, a spus Sharoni.
În ansamblu, experimentele au arătat că anemonele de mare se bazează pe o cale antivirală fundamental diferită de cea a oamenilor, chiar dacă ambele sisteme conțin componente moleculare care seamănă izbitor de mult.
Mediul natural confirmă descoperirea
Cercetătorii au vrut, de asemenea, să afle dacă această cale imunitară nou-identificată contează și în afara condițiilor de laborator, atent controlate.
Pentru a răspunde, anemonele de mare modificate genetic au fost mutate din acvariile de laborator în Ecosisteme experimentale care simulează mediul natural la o scară mai mică, în condiții parțial controlate. Acestea reprezintă puntea de legătură între mediul izolat din laborator și complexitatea oceanului real. marine în aer liber, alimentate cu apă naturală de estuar din Carolina de Sud. Astfel, animalele au fost expuse unei mari varietăți de virusuri și microorganisme prezente în mediul lor natural.
Diferența a devenit evidentă în doar câteva zile. Anemonele lipsite de CARDIB și de genele antivirale asociate au acumulat un număr substanțial mai mare de virusuri decât animalele nemodificate. În plus, cercetătorii au constatat că o genă imunitară care părea doar moderat importantă în testele de laborator s-a dovedit clar importantă în condiții de mediu natural.
„Acest lucru a demonstrat că calea pe care am descoperit-o nu este doar un fenomen de laborator. Ea joacă un rol crucial în a ajuta aceste animale să facă față provocărilor virale cu care se confruntă în natură.”, a spus Moran.
Soluții evolutive multiple pentru combaterea virusurilor
Rezultatele sugerează că evoluția nu s-a limitat la o singură strategie antivirală universală. Dimpotrivă, diferite grupuri de animale ar fi putut dezvolta, în mod independent, sisteme moleculare distincte pentru detectarea virusurilor și blocarea răspândirii lor.
„Atât oamenii, cât și anemonele de mare au nevoie de protecție împotriva virusurilor, dar această cercetare arată că evoluția poate organiza aceste apărări în moduri fundamental diferite”, a adăugat Moran.
Cercetarea subliniază, totodată, importanța de a privi dincolo de animalele de laborator tradiționale. Organisme străvechi precum anemonele de mare pot păstra inovații evolutive care ar rămâne ascunse dacă oamenii de știință s-ar concentra exclusiv asupra oamenilor, șoarecilor și altor specii studiate în mod obișnuit.
Pe măsură ce cercetătorii continuă să exploreze diversitatea remarcabilă a vieții, descoperiri ca aceasta arată că evoluția a găsit, în repetate rânduri, modalități neașteptate de a rezolva unele dintre cele mai fundamentale provocări ale biologiei. Așadar, studiul acestui sistem antiviral la anemone de mare confirmă că natura deține încă arhive imunologice necunoscute, deschizând noi direcții de cercetare dincolo de modelele clasice studiate până acum.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Bacteriile care dau gust brânzeturilor artizanale ar putea fi utile și intestinului
Cum poate fi transformat ADN-ul într-un dispozitiv de stocare a datelor care consumă de 100 de ori mai puțină energie
Oamenii de știință explică de ce mersul devine mai greu odată cu vârsta
Remediul împotriva căderii părului s-ar putea ascunde în interiorul organismului, iar cercetătorii încearcă să-l descopere
