Science：垃圾DNA的大作用

大约8%的人类DNA起源于病毒：是我们的祖先与传染性病毒之间古老斗争的残留物。这些所谓的内源性病毒常常被认为是没有明确生物学意义的垃圾DNA。但来自美国犹他大学医学院的科学家们在一项新研究中证实，进化改变其中一些病毒残余物的用途，使之成为了对付病毒自身的武器。

在发表于3月4日《科学》（Science）杂志上的论文中，科学家们报道称发现嵌入在我们基因组中的一些病毒DNA片段调控了作为我们先天免疫系统基本元件的一些基因。先天免疫系统是机体对抗包括病毒在内的一些病原体的第一道防线。当采用实验方法除去其中的一些外源序列片段时，防御系统会遭到严重破坏。

共同资深作者、人类遗传学副教授Cédric Feschotte博士说：“我们证实，其中的一些内源性病毒塑造了我们的生物学。在哺乳动物基因组内病毒DNA储存库推动了先天免疫系统更新。”

人类先天免疫系统对抗外源入侵物的能力依赖于一种协调的反应。在受到感染时，细胞会释放干扰素来发出无声警报，这一分子信号会触发邻近细胞激活由成千上百个基因构成的兵工厂来对抗入侵物。通过分析公开可用的人类细胞基因组数据集，作者们发现干扰素似乎激活了成千上万的内源性逆转录病毒（ERV）。由于这些逆转录病毒是在数百万年前紧急插入到我们的基因组中，它们早就丧失了生成感染性病毒颗粒的能力。它们在基因组中的定位提供了有关这些干扰素诱导元件现代潜在功能的线索。并非随机分布，它们富集在一些已知在免疫中发挥功能的基因附近。

Feschotte说：“这是第一个证据向我们表明了，其中的一些元件真的参与了开启免疫基因。”Feschotte与人类遗传学副教授Nels Elde是这篇论文的共同资深作者、博士后Edward Chuong是论文的主要作者。

为了测试病毒DNA片段是否确实对免疫至关重要，科学家们采用了基因编辑工具CRISPR/Cas9在细胞培养物中逐个删除一些病毒序列，这些序列都定位在已知免疫基因的附近。在缺乏外源序列的突变细胞中，邻近免疫基因不能响应干扰素正确地开启，证实它们充当了病毒源性开关。此外，当用病毒感染AIM2免疫反应基因附近缺失病毒DNA元件的细胞时，它们实施有效免疫反应的能力显著下降。综上所述，结果表明古老的病毒DNA对于启动对抗当代病毒感染的正确防御极为重要。

由于相似的病毒源性开关嵌入在许多免疫基因的附近，表明它们一起帮助协调了我们的细胞防御。“干扰素反应就像是细胞的报警系统。我们发现在这一系统中最重要的一些开关实际源自古老的病毒，”Chuong说。该研究还找到了其他的内源性逆转录病毒各自“连接”其他哺乳动物干扰素反应的线索，这有可能指出了一个广泛的物种特异性免疫反应机制。

Elde说：“先天免疫系统改造其中的一些病毒残留物有可能并非偶然。”快速进化及改变入侵策略的病原体不断地挑战着免疫防御。为了跟上它，进化简单地重组了过去病毒提供的遗传物质。”

“许多病毒最初是作为病毒复制过程的一个组成部分进入到我们的基因组。进化过程扭转了局势让我们受益。”

长期以来，内源性逆转录病毒一直被视作是我们基因组中没有用的DNA，是我们进化旅程的一个附带结果。近年来的一些研究开始逆转这种错误的认知。

2014年12月，诺贝尔奖得主、德克萨斯大学西南医学中心宿主防御遗传学中心主任及教授Bruce Beutler博士领导研究人员证实，内源性逆转录病毒也在机体对常见细菌和病毒病原体的免疫防御中发挥了至关重要的作用（诺奖得主Science颠覆免疫学传统认知 ）。

来自瑞典隆德大学的一项新研究表明，有着数百万年历史的遗传病毒在构建人类大脑特征性的复杂网络中发挥了重要的作用。这一研究发现发表在2015年1月的Cell Reports杂志上（Cell子刊：病毒让我们变得更聪明？ ）。

2015年3月，新加坡A*STAR基因组研究所（GIS）的研究人员发现，来自古病毒、被认为无用的ERV，可能有助于人类生命周期最早的细胞类型。这些新发现的病毒元素可用于确定胚胎干细胞的新类型，从而为了解人类发展和疾病打开了更多的可能性。