病毒是人類進化的主要驅(qū)動力

病原體和它們的宿主之間不斷的戰(zhàn)爭長期以來被認為是進化的主要動力，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)爭模式進行全局研究。在一項新研究中，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化過程的某一時間點上發(fā)生時，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，但是真正讓我們吃驚的是，我們清晰地發(fā)現(xiàn)這種戰(zhàn)爭模式的強度。這是證實病毒對適應(yīng)產(chǎn)生如此強大的影響。”

蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的功能，從而讓我們的細胞運轉(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，細胞中的哪一部分被用來抵抗病毒，同時想必這對有機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行全局性了解。

Enard說，“這里zui大的進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)庫進行搜索，并對與病毒相互作用的蛋白質(zhì)的進化和其他蛋白質(zhì)的進化進行比較。

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行進化和讓我們成為我們現(xiàn)在的樣子的進化壓力感興趣。這種與病毒之間的持續(xù)戰(zhàn)爭在每個方面都塑造著我們---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)是影響深遠的。所有生物都與病毒共同生存了數(shù)十億年；這項研究表明這些相互作用影響著細胞的每個部分。”

病毒幾乎劫持宿主細胞的所有功能以便進行復(fù)制和傳播，因此它們要比其他的進化壓力（如捕食或環(huán)境條件）在更大程度上促進細胞結(jié)構(gòu)進化是說得通的。這項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化為不同的細胞機構(gòu)來執(zhí)行相同的細胞功能，如DNA復(fù)制或細胞膜制造?？茖W(xué)家們之前并不知道是進什么化力量能夠?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的病毒在整個進化史的多個時間點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。