Beberapa infeksi patut diingat: Tanyakan saja DNA Anda.
Sekitar delapan persen dari genom manusia sebenarnya berasal dari virus — sebuah catatan fosil penyakit masa lampau. Tetapi sebagian besar peninggalan virus ini telah terdegradasi melewati titik melakukan kerusakan: Entah bagaimana, selama ribuan tahun, mantan patogen telah membusuk menjadi dormansi permanen, hanya menyisakan bekas luka genetik di belakang mereka. Hari ini, dalam jurnal PNAS, para ilmuwan mengungkap beberapa rahasia di balik transisi misterius ini, dengan bantuan salah satu marsupial Australia yang paling dicintai.
Pertemuan dekat dari jenis virus biasanya bersifat sementara. Virus memasuki tubuh sebagai penyewa, bukan pemilik rumah, yang berniat untuk hanya meniru dan menyebar ke host lain. Tetapi untuk kelas virus tertentu yang disebut retrovirus, sewa sementara sering dapat berubah menjadi hidup bersama secara permanen. Ketika retrovirus menyerang sel, mereka memasukkan DNA mereka ke sel kita, yang memungkinkan perintah barisan retroviral dilakukan di samping repertoar tempat kerja sel. Jika retrovirus terjadi pada sperma atau sel telur, instruksi genetiknya dapat berlanjut untuk menyusup ke dalam embrio yang akan mengangkut virus penumpang gelap di setiap selnya. Hal ini memungkinkan retrovirus yang sekarang "endogen" ditularkan, menciptakan garis keturunan genetik yang hanya sedikit lebih viral daripada sebelumnya.
Pada generasi awal, virus dapat tetap cukup utuh untuk bangun dari dormansi dan menginfeksi lagi. Tetapi sementara retrovirus telah melanggar genom manusia setidaknya 30 atau 40 kali, sebagian besar dari virus ini menyelinap ke dalam gen kita setidaknya 5 juta tahun yang lalu — dan mutasi yang mereka derita sejak itu membuat mereka tidak berbahaya.
Karena sudah begitu lama sejak kita berurusan dengan invasi retroviral baru, tidak ada cara bagi para ilmuwan untuk mengamati bagaimana genom kita berdamai dengan serangan gencar baru.
Kunci untuk mengungkap bagian dari teka-teki, ternyata, adalah kabur, abu-abu dan tidur hingga 18 jam sehari. Semua genom vertebrata yang diteliti sejauh ini penuh dengan sisa-sisa retroviral, dan koala tidak terkecuali. Satu-satunya perbedaan? Tidak seperti kebanyakan hewan lain, koala saat ini terlibat dalam perang dengan salah satu dari pengganggu ini - koala retrovirus yang tepat - memberi para ilmuwan kesempatan langka untuk melacak asimilasi retroviral secara real time.
"Ini benar-benar kesempatan pertama dan satu-satunya kami untuk menangani proses ini ... karena retrovirus masih [pindah ke] tuan rumah, " jelas penulis pertama Ulrike Löber, seorang peneliti di Institut Leibniz untuk Penelitian Kebun Binatang dan Satwa Liar di Berlin.
Retrovirus Koala tampaknya merupakan virus yang relatif muda — sesuatu yang memasuki populasi dalam 50.000 tahun terakhir — dan tetap merupakan musuh besar marsupial ini. Seperti HIV relatifnya yang jauh, koala retrovirus tampaknya menurunkan kemampuan inangnya untuk melawan infeksi, berpotensi berkontribusi pada kerentanan ekstrim koala terhadap penyakit menular seksual seperti klamidia. Lebih buruk lagi, koala retrovirus telah dikaitkan dengan pengembangan beberapa kanker, suatu hubungan yang mungkin juga berlaku untuk retrovirus endogen pada manusia.
Terlepas dari kelemahan ini, koala telah hidup dengan retrovirus ini selama ribuan tahun. Sesuatu harus menetralkan serangan itu — tetapi untuk memahami proses ini, para ilmuwan perlu tahu di mana virus-virus ini mendarat, dan bagaimana mereka berubah dari waktu ke waktu.
Dengan bantuan para ilmuwan yang menerbitkan sekuens penuh genom koala Juli ini, sebuah tim yang dipimpin oleh Alex Greenwood, seorang profesor penyakit satwa liar yang mengawasi pekerjaan Löber di Leibniz Institute, dan Alfred Roca, seorang profesor genetika dan studi satwa liar di University of Illinois, akhirnya bisa memetakan titik masuk koala retrovirus. Genom koala memungkinkan pembuatan kartografi retroviral yang komprehensif, memberikan para peneliti titik referensi yang dapat digunakan untuk menentukan koala retrovirus dalam genom.
“Memiliki urutan [gen lengkap] koala telah memberi kita gambaran yang sama sekali berbeda tentang di mana [retrovirus ini] berada, ” kata Jenny Graves, seorang profesor yang mempelajari genetika, ekologi, dan evolusi di Universitas La Trobe yang tidak berafiliasi dengan pekerjaan tersebut. "Tidak mungkin melakukan ini dengan cara lain."
Para peneliti pertama-tama menggali genom dari dua koala yang tidak terkait untuk bukti sisa virus — termasuk varian yang masih aktif dari koala retrovirus dan salinan yang sudah didomestikasi menjadi kepatuhan. Mereka terkejut menemukan potongan-potongan dari retrovirus koala yang bersarang dengan potongan-potongan retrovirus lain yang disebut PhER — seorang veteran penduduk genom koala yang telah lama berakar. PhER mungkin sekali merupakan penyelundup retroviral itu sendiri, tetapi telah lama jatuh ke dalam kondisi rusak. Ketika tim memeriksa sekuens hibrida retrovirus PhER-koala — versi dasarnya rusak dari koala retrovirus — mereka menyadari bahwa PhER telah menginvasi dan menonaktifkan retrovirus koala dengan menukar gen virulen koala retrovirus untuk sekuens rongsokannya sendiri, dalam proses yang disebut rekombinasi.
Meskipun tidak terkait dengan koala retrovirus, PhER memiliki kemiripan yang cukup untuk memungkinkan fenomena ini. Switcheroo genetik menggantikan segmen penting dari koala retrovirus dengan menggandakan tubuh lembam, efektif menetralkan arsenal retrovirus 'arsenal dan menguncinya di tempat. Semua rekombinasi memerlukan dua "sayap" yang identik di kedua sisi hamparan DNA: Selama segmen baru memiliki bookends yang benar, manual instruksi yang mematikan dapat digantikan oleh manifesto omong kosong.
Mengurutkan genom koala lengkap telah memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari bagaimana koala retrovirus menyerang spesies ini secara real time. (PublicDomainPictures) Akibatnya, PhER, elemen retroviral kuno, bertindak sebagai sentinel genomik terhadap penjajah baru seperti koala retrovirus. Ketika PhER sendiri telah menyerbu genom koala jutaan tahun yang lalu, ia menjadi macet — yang membuat virus ini sekarang memiliki kepentingan untuk melindungi inangnya dari penyakit: Jika koala mati, begitu pula PhER.
Jadi, mengadopsi sikap "jika Anda tidak bisa mengalahkan mereka, bergabunglah dengan mereka, " PhER berubah dari penjahat jahat menjadi pejuang kaki yang loyal. "Ketika genom inang dan genom virus menjadi satu kesatuan, mereka harus belajar untuk rukun satu sama lain, " jelas Roca. "Seolah-olah virus lama ini mengatakan pada virus baru, 'Ini wilayah kami, jangan main-main dengan itu.'"
Tetapi tindakan amnesti yang hebat ini dari pihak PhER mungkin juga memiliki motif tersembunyi. Menggabungkan kembali dengan koala retrovirus bukan hanya cara untuk membasmi kompetisi - ini adalah kesempatan bagi PhER untuk membajak beberapa mesin yang sangat diinginkan. Ketika PhER mengganti senjata koala retrovirus dengan benda pusaka sendiri yang tidak berbahaya, PhER memiliki kesempatan untuk mengantongi alat yang bisa mengeluarkannya dari penjara genomik — dan meninggalkan retrovirus koala yang rusak untuk membusuk di tempatnya.
“Proses ini buruk untuk koala retrovirus karena menjadi kurang dari virus, tetapi itu baik untuk PhER, retrovirus endogen asli, karena memungkinkan berkembang biak, ” kata Greenwood.
Tidak mungkin PhER akan muncul dari baku tembak sebagai virus menular yang lengkap: Sudah terlalu lama mendekam dalam genom. Melumpuhkan retrovirus baru dapat memberi PhER peluang untuk melepaskan belenggu — tetapi konsekuensi paling parah ditopang oleh koala retrovirus itu sendiri. Löber mencurigai bahwa kita mengamati penjinakan patogen ini secara lambat.
Faktanya, rekombinasi tampaknya sangat penting untuk inaktivasi koala retrovirus. Ketika para peneliti mencari genom dari 166 koala yang didistribusikan di seluruh Australia, mereka menemukan bahwa koala individual menyimpan salinan koala retrovirus yang rusak di banyak lokasi berbeda dalam genom mereka. Retrovirus Koala aktif menyebar melalui populasi koala — tetapi berulang-ulang, PhER telah meningkatkan kerutannya sampai lawannya kehilangan kakinya. Prevalensi murni pelucutan koala retrovirus menunjukkan bahwa rekombinasi dengan PhER telah menjadi positif bersih untuk spesies koala.
Namun, tidak semua integrasi dibuat sama. Menurut Maria Tokuyama, seorang peneliti postdoctoral yang mempelajari retrovirus endogen di Universitas Yale, karena koala retrovirus ditempatkan di begitu banyak pos terdepan dalam genom, beberapa kemungkinan akan lebih menguntungkan daripada yang lain. "Di masa lalu, ini dapat berdampak pada kelangsungan hidup kelompok tertentu di atas yang lain, " jelas Tokuyama, yang tidak terlibat dalam penelitian.
Menurut Greenwood dan Roca, setelah ratusan ribu tahun, versi virulen dari koala retrovirus kemungkinan akan hilang dari populasi, sampai hanya sisa dari masa lalu yang menular yang tersisa. Ketika ini terjadi, para pejalan kaki yang babak belur yang tersisa — mereka yang ditempatkan di tempat-tempat yang paling tidak merugikan tuan rumah mereka — akan sama di semua koala, seperti retrovirus endogen purba pada manusia.
Tentu saja, rekombinasi tidak bisa menjadi satu-satunya cara retrovirus menjajah genom. Intrusi pertama, misalnya, tidak bisa bergantung pada penghuni sebelumnya. Mesin seluler inang dapat mematikan DNA virus secara langsung; atau, jika virus membuat kesalahan selama reproduksi sendiri, virus itu bisa secara tidak sengaja membelenggu dirinya sendiri di tempatnya. Genom vertebrata berbintik-bintik dengan lusinan kuburan genomik ini, masing-masing memperingati invasi purba virus sekali-virulen.
Dalam karya mereka di masa depan, para ilmuwan akan melacak bagaimana koala retrovirus terus menanamkan dirinya dalam genom dengan mengurutkan genom keturunan koala yang telah mewarisi salinan virus yang rusak. Selain itu, tim berencana untuk terus menguji hubungan antara koala retrovirus, kanker dan penekanan kekebalan dengan harapan menjaga komunitas koala yang rentan yang menyusut.
Willa Huston, seorang profesor mikrobiologi di University of Technology Sydney yang tidak berafiliasi dengan penelitian ini, memuji karya itu sebagai "menarik" dan "berkualitas tinggi" - pengamatan "percobaan sains yang benar-benar indah" secara alami berlangsung di alam liar. Huston, yang mempelajari klamidia di koala, juga menekankan pentingnya temuan ini untuk masa depan koala secara keseluruhan. "Tahap selanjutnya [dalam penelitian ini] adalah memahami apa artinya bagi konservasi spesies ini, " katanya.
Sementara koala retrovirus telah melakukan cukup banyak pada marsupial pengunyah eucalyptus Australia, mungkin masih ada cahaya di ujung terowongan: Penyatuan virus dan vertebrata kadang-kadang dapat menghasilkan manfaat yang tak terduga. Ketika virus menggali tumit mereka, genom tuan rumah kadang-kadang dapat mengambil keuntungan dari trik bagus perdagangan mereka yang dilakukan musuh. Misalnya, pada mamalia lain, pembentukan plasenta mengkooptasi protein retroviral. Tanpa ini, manusia seperti yang kita kenal sekarang tidak akan ada. Mungkin strategi pertahanan PhER adalah pertanda masa-masa yang akan datang, ketika koala retrovirus mungkin juga menikmati hubungan yang kurang antagonis (atau bahkan menguntungkan) dengan tuan tanah koala-nya. Untuk generasi mendatang, koala mungkin akan mengubah salah satu musuh mereka yang paling tangguh.
