Per milioni di anni, umani e virus sono impegnati in un costante tiro alla fune:mentre le nostre cellule evolvono nuovi modi per difenderci dai nostri nemici virali, questi agenti patogeni a loro volta acquisiscono nuovi tratti per eludere quelle difese.

Ora, gli scienziati hanno scoperto che una somiglianza chiave tra i nostri geni e quelli di molti virus, un modo per enunciare il codice genetico, ha probabilmente permesso ai virus di eludere le nostre difese cellulari. Paul Bieniasz, un professore del Rockefeller e investigatore dell'Howard Hughes Medical Institute che ha guidato il lavoro, dice che è iniziato come uno sforzo per capire come il genoma virale influenza la potenza infettiva dell'HIV, il virus che causa l'AIDS.

Segnalato in Natura , le recenti scoperte del suo laboratorio offrono informazioni sui nostri meccanismi di difesa cellulare, e suggerire nuove strade per lo sviluppo di vaccini.

Abbastanza sorprendentemente, tutto si riduce a una questione di ortografia.

Ci sono una manciata di parole nella lingua inglese la cui ortografia può variare senza cambiare il loro significato:colore e colore, Per esempio, o viaggiatore e viaggiatore. Il nostro genoma non è diverso:ci sono molti modi diversi di scrivere il codice molecolare che compone i nostri geni senza cambiare le proteine ​​prodotte da quei geni. Ma Bieniasz e i suoi colleghi hanno scoperto che per l'HIV e altri virus, certe grafie, o varianti specifiche nel codice genetico, sono fondamentali per la replicazione virale e l'infezione.

Due lettere adiacenti, perso nell'evoluzione

Tutti i genomi sono stringhe di piccole molecole, conosciuti come basi, che sono rappresentati da lettere come C, G, e A. Stringi quelle lettere in un ordine particolare, e scrivono una parola, o gene, che produce una determinata proteina. Nel tentativo di identificare parti del genoma dell'HIV che consentono l'infezione, i ricercatori hanno generato versioni mutanti del virus. Ma invece di cambiare le proteine ​​enunciate attraverso le sue lettere genetiche, hanno introdotto ortografie alternative per i geni, mantenendo inalterate le proteine.

Il team di ricerca ha scoperto che alcuni di questi mutanti virali non erano in grado di crescere e replicarsi. "Intuitivamente, questo è inaspettato, perché tutte le proteine, i cavalli di battaglia del virus, sono esattamente le stesse, "Spiega Bieniasz.

I virus mutanti difettosi avevano una cosa in comune, tuttavia:tutti contenevano più istanze di una particolare sequenza di due lettere:CG.

Quella sequenza di due lettere non sembra un evento terribilmente improbabile. Ci sono solo quattro lettere nel codice genetico, quindi la probabilità di trovare due lettere insieme è alta:1 su 16, per essere precisi. E ancora, per una strana coincidenza di evoluzione, la sequenza CG è rara nel DNA umano. Quando sono affiancati, la lettera C può essere modificata in una reazione chimica che alla fine porta alla sua sostituzione con una lettera diversa.

"A causa di questa perdita evolutiva, il genoma umano ora ha circa l'80% in meno di sequenze CG di quanto ci aspetteremmo per caso, " ha spiegato lo studente laureato Matthew A. Takata, autore principale del nuovo articolo.

Un occhio di bue per il sistema immunitario

Noi umani non siamo i soli a non avere sequenze CG:anche l'HIV normale e molti altri virus ne sono privi, ma per ragioni diverse. "Molti genomi virali non possono passare attraverso lo stesso processo di modificazione chimica che hanno sperimentato i genomi dei vertebrati come il nostro, " Bieniasz ha detto. "Questo ci ha portato a chiederci:come e perché l'HIV e altri virus hanno perso le loro sequenze CG?"

I ricercatori hanno ipotizzato che potrebbe esistere un sistema di sorveglianza cellulare per identificare e distruggere le sequenze CG, prevenendo così l'infezione virale. Bieniasz, Takata, e il team di ricerca ha sfruttato una nuova tecnologia di editing genetico per cercare proteine ​​che potrebbero fungere da meccanismo di difesa. Hanno scoperto che nelle cellule umane, una proteina antivirale chiamata "ZAP" (Zinc-finger Antiviral Protein) può riconoscere molecole che hanno molte sequenze CG. ZAP si lega alle sequenze, identificandoli come il marchio di un invasore straniero. Questi genomi virali vengono quindi distrutti.

I risultati offrono informazioni su ciò che ha causato l'HIV e altri virus a perdere le loro sequenze CG nel tempo. Questi virus si sono probabilmente adattati ai meccanismi di difesa dei mammiferi, evolvendo per rimuovere le sequenze CG ed evitare la sorveglianza da parte di ZAP.

Sebbene molti virus animali come l'HIV contengano poche sequenze CG, e quindi non farti distruggere da ZAP, i ricercatori ipotizzano che la proteina serva ancora a proteggerci da altri agenti patogeni. "La sua attività consente alle cellule di riconoscere gli invasori estranei come 'non sé, '" Bieniasz dice, " e può fornire difesa contro virus di altre specie, come insetti pungenti, i cui genomi hanno ancora un numero elevato di sequenze CG".

In pratica, la scoperta può essere utile per sviluppare l'indebolito, o attenuato, virus che vengono spesso utilizzati per produrre vaccini. Ingegnerizzando geneticamente un virus per contenere un numero maggiore di sequenze CG, i ricercatori potrebbero potenzialmente trovare una versione che induca il sistema immunitario delle persone a produrre immunità contro l'agente patogeno senza effettivamente farle ammalare.

"Ricodificare un virus con molte sequenze CG aggiuntive, "dice Takata, "è probabile che sia un efficace, modo regolabile e in gran parte irreversibile di attenuarlo, rendere lo sviluppo del vaccino più rapido e sicuro".