Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο καταπολέμησης των ιών

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν μέχρι σήμερα άγνωστο τρόπο με τον οποίο οι θαλάσσιες ανεμώνες αμύνονται απέναντι στους ιούς, αποκαλύπτοντας ότι η εξέλιξη των ανοσοποιητικών συστημάτων των ζώων ίσως είναι πολύ πιο ποικιλόμορφη απ’ ό,τι πιστευόταν μέχρι σήμερα.

Σύμφωνα με το sciencedaily o νεοανακαλυφθείς μηχανισμός άμυνας βασίζεται σε μια πρωτεΐνη που μοιάζει εντυπωσιακά με μία από τις σημαντικότερες αντιιικές πρωτεΐνες του ανθρώπου, αλλά επιτελεί την ακριβώς αντίθετη λειτουργία, παραμένοντας ταυτόχρονα απαραίτητη για την προστασία του οργανισμού από τις λοιμώξεις. Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η εξέλιξη ανέπτυξε περισσότερες από μία επιτυχημένες στρατηγικές για την αντιμετώπιση των ιών στο ζωικό βασίλειο.

Η έρευνα, με επικεφαλής τον υποψήφιο διδάκτορα Τον Σαρόνι και τον καθηγητή Γεχού Μοράν του Εβραϊκού Πανεπιστημίου της Ιερουσαλήμ, σε συνεργασία με επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Σάρλοτ, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Ecology & Evolution. Η μελέτη αμφισβητεί την επί μακρόν επικρατούσα άποψη ότι όλα τα ζώα κληρονόμησαν ένα κοινό, θεμελιώδες αντιιικό σύστημα από έναν κοινό πρόγονο, προτείνοντας αντίθετα ότι η εξέλιξη οδήγησε σε πολλαπλές λύσεις για την αντιμετώπιση των ιογενών λοιμώξεων.

Ένας αρχαίος οργανισμός προσφέρει νέα στοιχεία για το ανοσοποιητικό σύστημα

Οι ιοί αποτελούν απειλή για τους ζωντανούς οργανισμούς καθ’ όλη τη διάρκεια της εξελικτικής ιστορίας. Στον άνθρωπο και στα άλλα σπονδυλωτά, μία από τις βασικές αντιιικές άμυνες του οργανισμού βασίζεται σε μια πρωτεΐνη που ονομάζεται MAVS. Όταν ανιχνευθεί ένας ιός, η MAVS συμβάλλει στην ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος ώστε να ανταποκριθεί στη λοίμωξη.

Για να διερευνήσουν πόσο αρχαίος είναι αυτός ο αμυντικός μηχανισμός, οι ερευνητές μελέτησαν τις θαλάσσιες ανεμώνες. Αυτά τα αρχέγονα θαλάσσια ζώα διαχωρίστηκαν από την εξελικτική γραμμή που οδήγησε τελικά στον άνθρωπο πριν από περισσότερα από 600 εκατομμύρια χρόνια. Ως στενοί συγγενείς των κοραλλιών και των μεδουσών, οι θαλάσσιες ανεμώνες προσφέρουν στους επιστήμονες μια πολύτιμη εικόνα για τα πρώτα στάδια της εξέλιξης του ανοσοποιητικού συστήματος των ζώων.

Κατά τη διάρκεια της μελέτης, η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε μια μέχρι πρότινος άγνωστη πρωτεΐνη, την οποία ονόμασε CARDIB (CARD Inhibitor Binding protein). Αρχικά, η CARDIB έμοιαζε εντυπωσιακά με τη MAVS, γεγονός που οδήγησε τους ερευνητές να πιστέψουν ότι επιτελεί τον ίδιο αντιιικό ρόλο όπως και στους ανθρώπους. Η υπόθεση αυτή όμως σύντομα κατέρρευσε.

«Όλα έδειχναν ότι η CARDIB θα λειτουργούσε όπως η MAVS», δήλωσε ο καθηγητής Γεχού Μοράν, επικεφαλής του Τμήματος Οικολογίας, Εξέλιξης και Συμπεριφοράς του Εβραϊκού Πανεπιστημίου. «Αντί γι’ αυτό, ανακαλύψαμε ότι κάνει ακριβώς το αντίθετο. Αντί να ενεργοποιεί τις αντιιικές άμυνες, η CARDIB υπό φυσιολογικές συνθήκες τις καταστέλλει».

Μια απρόσμενη πρωτεΐνη που προστατεύει επιβραδύνοντας το ανοσοποιητικό σύστημα

Η ανακάλυψη αυτή έθεσε αμέσως ένα σημαντικό ερώτημα: γιατί ένας οργανισμός να καταστέλλει σκόπιμα τη δική του ανοσολογική απόκριση; Για να το διερευνήσουν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη μέθοδο γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR για να αφαιρέσουν το γονίδιο της CARDIB από τις θαλάσσιες ανεμώνες πριν τις εκθέσουν σε ιούς. Τα αποτελέσματα ήταν απρόσμενα. Οι θαλάσσιες ανεμώνες χωρίς CARDIB αποδείχθηκαν πολύ πιο ευάλωτες στις λοιμώξεις. Οι ιοί πολλαπλασιάζονταν ταχύτερα, τα ζώα δεν κατάφερναν να ενεργοποιήσουν σωστά τις αντιιικές τους άμυνες και η ικανότητά τους να καταπολεμούν τις λοιμώξεις μειωνόταν δραματικά.

«Τα αποτελέσματα ήταν εντελώς αντίθετα από ό,τι περιμέναμε», δήλωσε ο Σαρόνι. «Παρότι η CARDIB λειτουργεί σαν “φρένο” του ανοσοποιητικού συστήματος υπό φυσιολογικές συνθήκες, αποδεικνύεται ότι αυτό το φρένο είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη μιας αποτελεσματικής αντιιικής απόκρισης».

Συνολικά, τα πειράματα έδειξαν ότι οι θαλάσσιες ανεμώνες βασίζονται σε μια αντιιική οδό που διαφέρει θεμελιωδώς από εκείνη των ανθρώπων, παρόλο που και τα δύο συστήματα περιλαμβάνουν μοριακά συστατικά με εντυπωσιακές δομικές ομοιότητες.

Το φυσικό περιβάλλον επιβεβαιώνει την ανακάλυψη

Οι ερευνητές θέλησαν επίσης να διαπιστώσουν αν αυτό το νεοανακαλυφθέν ανοσολογικό μονοπάτι έχει σημασία και έξω από τις αυστηρά ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες. Για να απαντήσουν στο ερώτημα αυτό, μετέφεραν γενετικά τροποποιημένες θαλάσσιες ανεμώνες από τα εργαστηριακά ενυδρεία σε υπαίθριες θαλάσσιες πειραματικές δεξαμενές (marine mesocosms), οι οποίες τροφοδοτούνταν με φυσικό υφάλμυρο νερό από εκβολές ποταμών στη Νότια Καρολίνα. Έτσι, τα ζώα εκτέθηκαν στη μεγάλη ποικιλία ιών και μικροοργανισμών που συναντούν στο φυσικό τους περιβάλλον.

Η διαφορά έγινε εμφανής μέσα σε λίγες ημέρες. Οι θαλάσσιες ανεμώνες που στερούνταν την CARDIB και συναφή αντιιικά γονίδια συσσώρευσαν σημαντικά περισσότερους ιούς από τα μη τροποποιημένα ζώα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι ένα γονίδιο του ανοσοποιητικού, το οποίο φαινόταν να έχει μόνο μέτρια σημασία στις εργαστηριακές δοκιμές, αποδείχθηκε σαφώς σημαντικό υπό φυσικές περιβαλλοντικές συνθήκες.

«Αυτό απέδειξε ότι η οδός που ανακαλύψαμε δεν αποτελεί απλώς ένα εργαστηριακό φαινόμενο», δήλωσε ο Μοράν. «Διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο βοηθώντας αυτά τα ζώα να αντιμετωπίζουν τις ιογενείς προκλήσεις που συναντούν στη φύση.»

Πολλαπλές εξελικτικές λύσεις για την αντιμετώπιση των ιών Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η εξέλιξη δεν κατέληξε σε μία και μοναδική, καθολική αντιιική στρατηγική. Αντίθετα, διαφορετικές ομάδες ζώων ενδέχεται να ανέπτυξαν ανεξάρτητα διαφορετικά μοριακά συστήματα για την ανίχνευση των ιών και την αποτροπή της εξάπλωσής τους.

«Οι άνθρωποι και οι θαλάσσιες ανεμώνες χρειάζονται και οι δύο προστασία από τους ιούς, όμως η εργασία αυτή δείχνει ότι η εξέλιξη μπορεί να οργανώσει αυτές τις άμυνες με θεμελιωδώς διαφορετικούς τρόπους», πρόσθεσε ο Μοράν.

Η έρευνα υπογραμμίζει επίσης τη σημασία της μελέτης οργανισμών πέρα από τα παραδοσιακά εργαστηριακά μοντέλα. Αρχαίοι οργανισμοί, όπως οι θαλάσσιες ανεμώνες, μπορούν να διατηρούν εξελικτικές καινοτομίες που θα παρέμεναν άγνωστες αν οι επιστήμονες επικεντρώνονταν αποκλειστικά στους ανθρώπους, τα ποντίκια και άλλα ευρέως χρησιμοποιούμενα πειραματόζωα.

Καθώς οι ερευνητές συνεχίζουν να εξερευνούν την εντυπωσιακή ποικιλομορφία της ζωής, ανακαλύψεις όπως αυτή αποκαλύπτουν ότι η εξέλιξη έχει επανειλημμένα βρει απρόσμενους τρόπους να επιλύσει ορισμένες από τις πιο θεμελιώδεις προκλήσεις της βιολογίας.