לא רק מעבירי מחלות: הווירוסים שמעצבים את הדנ"א שלנו

נגיף הוא עניין של מסתורין ופחד, סכנה בלתי נראית אורבת שמוכנה להתפשט כמו פצצה ברחבי העולם. נגיף הקורונה החדש, כמו סארס, מרס והשפעת העונתית, נכנס לגופנו, מוצא את דרכו לדנ"א שלנו, ופוקד עליו לשכפל יותר עותקים של עצמו. וירוסים הם, בדרכים רבות, הטפילים האולטימטיביים.

אבל לנו ולכל יצור אחר על פני כדור הארץ יש יחסים מורכבים עם נגיפים. רבות מהתכונות שהופכות אותם לאפקטיביים בהעברת מחלות הופכות אותם גם לחיוניים למבנה הגנטי שלנו. התרומה שלהם לגנום שלנו אחראית למגוון של איכויות אנושיות חשובות.

הווירוסים הם בקצה ההגדרה של יצורים חיים. הם רסיסים קטנטנים של חומר גנטי שעטוף בשכבת הגנה. לבדם הם חסרי חיים ושקטים, ממתינים לסביבה מיטבית שבה הם יוכלו להתרבות. נגיפים מגיעים לנשאים שלהם על ידי חרקים, רסיסי טיפות באוויר, מגע עם משטחים נגועים ועוד מנגנונים שמקבצים יחד תאים של זנים שונים.

כשנגיף נתקל בתא מארח, מתעוררת תגובת שרשרת של אירועים מולקולריים: הנגיף מחבר את עצמו לצד החיצוני של התא, נכנס אליו, מגיע לגנום של התא, מתמזג עם הגנים וגורם לגנום המארח לשכפל אותו.

התא המארח הופך למפעל לנגיפים חדשים, ויכול להפיק עד מיליון מהם עד שהוא מת. הצמיחה המסיבית הזו יכולה להתרחש בו זמנית ברקמות בכל גופנו. כאשר הנגיף מתפשט בגוף של אדם אחד, הוא יכול להימלט ממנו דרך רסיסי נוזלים שנפלטים מהאוויר בריאות, זיעה שמופקת מבלוטות זיעה או נוזלים מאיברים אחרים, וההדבקות עוברת לאחרים.

יש יותר וירוסים מכוכבים 

ההתנהגות האנוכית הופכת את הנגיף, כמו יצור דרוויניסטי, למצליח במיוחד. יש מספר בלתי נתפס כמעט שלהם בתוכנו וסביבנו כל הזמן. לפי כמה אומדנים, מספר הנגיפים באוקיינוסים לבדם עולה על 10 עם 31 אפסים אחריו. יחד, יש יותר וירוסים בעולמנו מהכוכבים ביקום הידוע לנו.

בנוסף, הנגיפים מגוונים להפליא ומשתנים כל העת. זו הסיבה לכך שאנחנו זקוקים לחיסון שפעת חדש בכל שנה, וסובלים ממחלות מתעוררות כמו Covid-19 בתדירות גדלה.

אך חוקרים באוניברסיטת יוטה אימצו גישה שונה כלפי הנגיפים כשהם עבדו ב-2016 על גן שממלא תפקיד ביכולת לייצר זיכרונות. עכברים עם מוטציה של הגן הזה, שידוע כ-Arc, יכולים למצוא את דרכם במבוך עם גבינה במרכז, אך בניגוד לעכברים עם גן Arc רגיל הם אינם יכולים לזכור את הדרך במבוך למחרת. בבני אדם, השינויים ב Arc נקשרו לשורה של הפרעות מוח - מסכיזופרניה עד דמנציה. Arc הוא הגן שממנו עשויים הזיכרונות.

כדי להבין את הגן הזה, החוקרים ביוטה בודדו את החלבון שהוא מייצר וצפו בו מבעד למיקרוסקופ רב עוצמה. החוקר הראשי, ג'ייסון שפרד, ראה שהחלבון מייצר תחומים (ספירות) שנראו ברזולוציה גבוהה. המבנה הזה נראה לו מוכר. הוא היה בטוח שהוא ראה ספירות כאלה כשהוא לקח קורס במחלות מידבקות כשהיה סטודנט לתואר שני. לחלבון של Arc היו ספירות בדיוק כמו אלה שגורם HIV, הווירוס שגורם לאיידס.

ד"ר שפרד הראה את השקופית למומחי וירוסים שעובדים בבניין הסמוך בלי לומר להם מה יש עליה. המומחים הללו היו בטוחים שהם רואים ספירות שנעשו על ידי HIV.

כשהצוות מיפה את רצף הגן Arc, ופענח את המולקולות שהרכיבו אותו, ההפתעה הייתה גדלה עוד יותר. גן הזיכרון היה לכל דבר ועניין נגיף שהשתנה.

הווירוס שגורם לאיידס מייצר ספירות חלבונים כי הן מגינות על הגנים של HIV כשהם עוברים מתא לתא בגוף המארח. מתברר שאותו הדבר קורה גם לגן הזיכרון, Arc - גם הוא מעביר מידע גנטי מתא לתא. האסטרטגיה הוויראלית של ייצור ספירות חלבונים, שהיא כה מסוכנת במחלה, עובדת לטובתנו ב-Arc.

הגנים של זיכרון אינם היחידים שמופקים מנגיפים בגופנו. גנים שמייצרים חלבונים שעובדים בשליה, שחיונית לרבייה האנושית, צמחו גם הם מנגיפים. כשצוות חוקרים מגרמניה ביצע מחקר ממוחשב של הגנום האנושי, הוא מצא ש-85 גנים שנוצרו מווירוסים עשויים לעבוד בחלקים שונים של המוח ובמהלך היריון.

בית קברות לווירוסים עתיקים

שני העשורים האחרונים היו תור הזהב לפרויקטים של הגנום. מיפינו את הגנום האנושי, את גנום התירס וגנומים של אלפי זני חיידקים, אצות, חיות וצמחים. עם כל המידע הזה, ככל שאנחנו בודקים, כך אנחנו מגלים וירוסים עתיקים שמסתתרים בגנום שלנו ושל יצורים אחרים.

כמעט 8% מהגנום האנושי מורכב מנגיפים שהדביקו אותנו פעם והפכו לבלתי פעילים. העובדה הזו מדהימה עוד יותר כשזוכרים שגנים - החלק מהדנ"א שמקודד את החלבונים - מהווים רק 2% מהגנום שלנו. יש לנו פי ארבעה יותר חומר גנטי ויראלי בגנום שלנו מאשר הגנים שלנו.

הגנום שלנו הוא בית קברות לווירוסים עתיקים. רסיסי נגיפים משותקים שוכבים בכל מקום. כנפיהם קוצצו מפני שאין להם הרצפים לקפוץ מגנום לגנום. הם תקפו את הגנום של אבותינו לפני עידן ועידנים, רק כדי להפוך לנכים, וכעת הם מונחים כשיירים של העבר המhדבק. גן הזיכרון Arc הוא וירוס שפלש אלינו לפני זמן רב, והחל לעבוד על פונקציית גוף חשובה. הפצחן בעצמו, הטפיל הפולש, פוצח בעצמו לתועלתנו.

היכולת לייצר ספירות כדי להעביר חומר גנטי מתא לתא, שחיונית כל כך להתפשטות מחלות כמו איידס, הועילה לאבותינו הקדמונים. החוקרים שבדקו את ההיסטוריה של Arc מצאו שלדגים אין אותו, אך לצאצאיהם - דו-חיים, זוחלים, עופות ויונקים - יש. הדגים הקדמונים שהפו ליצורים מהלכים לפני כ-375 מיליון שנים קיבלו כנראה את ההדבקות שישנו את מסלול ההיסטוריה, ובסופו של דבר את היכולות שלנו.

אנחנו חיים במצב של מלחמה בין הפולשים הנגיפיים והגנום שלנו. תוצאה אחת יכולה להיות שהנגיפים ינצחו וכולנו נחלה. תוצאה אפשרית אחרת היא שהווירוסים יהיו מקור להמצאות גנטיות חדשות - דלק לאבולוציה שלנו.

נגיפים הם יצורים מיקרוסקופיים של חומר גנטי שיכול לזרוע הרס בעולמנו ולשבש את יחסינו זה עם זה. אבל תובנות חדשות של הגנום, והיסטוריית חיים של 4 מיליארד שנים, מציעות צד אחר לסיפור הזה. כל אחד מאיתנו הוא בחלקו נגיפים, באופן שמשפיע על מי שאנחנו ומה אנחנו יכולים לעשות.

הכותב הוא פרופסור לביולוגיה ואנטומיה באוניברסיטת שיקגו. הכתבה הזו מתבססת על ספרו החדש,  "Some Assembly Required: Decoding 4 Billion Years of Life Using Ancient Fossils and DNA"