يمكن أن يكون التباين الجيني في فيروسات الأمعاء البشرية مادة خام للتطور الداخلي

تؤكد مجموعة متزايدة من الأدلة على أهمية بكتيريا الأمعاء البشرية في تعديل صحة الإنسان، والتمثيل الغذائي، والمرض. ومع ذلك، فإن البكتيريا ليست سوى جزء من القصة. الفيروسات التي تصيب تلك البكتيريا تشكل أيضًا هويتنا. فريدريك د. بوشمان، دكتوراه، أستاذ علم الأحياء الدقيقة في كلية بيرلمان للطب بجامعة بنسلفانيا، قاد دراسة نشرت هذا الشهر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم والتي قامت بتسلسل الحمض النووي للفيروسات - الفيروم - الموجودة في أمعاء الأشخاص الأصحاء. تم جمع ما يقرب من 48 مليار قاعدة من الحمض النووي، وهي اللبنات الأساسية للجينات، في براز 12 فردًا. ثم قام الباحثون بتجميع الكتل مثل قطع اللغز لإعادة إنشاء جينومات الفيروس بأكملها. تم تجميع مئات إلى الآلاف من الفيروسات المميزة المحتملة لكل فرد، والتي كانت جميعها باستثناء نوع واحد عبارة عن عاثيات بكتيرية - وهي فيروسات تصيب البكتيريا - وهو ما توقعه الفريق. والآخر كان أحد مسببات الأمراض البشرية، وهو فيروس الورم الحليمي البشري الموجود في فرد واحد. العاثيات هي المسؤولة عن التأثيرات السامة للعديد من البكتيريا، لكن دورها في الميكروبيوم البشري لم يبدأ دراسته إلا مؤخرًا. ولتقييم التباين في التجمعات الفيروسية بين الأفراد الـ12 الذين تمت دراستهم، بحث فريق بوشمان، بقيادة طالب الدراسات العليا صامويل مينوت، عن امتدادات القواعد الأكثر تنوعًا. حدد المسح الذي أجروه 51 منطقة شديدة التغير بين 12 شخصًا تمت دراستهم، والتي، لمفاجأة الفريق، كانت مرتبطة بجينات النسخ العكسي. تقوم إنزيمات النسخ العكسي، المرتبطة بشكل أكثر شيوعًا بتكاثر الفيروسات القهقرية مثل فيروس نقص المناعة البشرية، بنسخ الحمض النووي الريبي (RNA) إلى الحمض النووي (DNA). من بين 51 منطقة، هناك 29 تسلسل تجويف وتشابه هيكلي مع نسخة عكسية واحدة مدروسة جيدًا، وهي منطقة شديدة التغير في عاثية بورديتيلا BPP-1. البورديتيلا هو الميكروب الذي يسبب السعال في الكلاب. يستخدم BPP-1 إنزيم النسخ العكسي وآلية نسخ معرضة للخطأ لتعديل البروتين للمساعدة في الدخول والتكاثر في مجموعة واسعة من الأهداف الفيروسية. ويتكهن بوشمان وزملاؤه بأن المناطق شديدة التغير المكتشفة حديثًا يمكن أن تؤدي وظيفة مماثلة في الفيروم البشري، والميكروبيوم، بالتبعية. يقول مينوت: 'يبدو أن هناك ضغطًا انتقائيًا طبيعيًا للتنوع السريع لهذه الفئات من العاثيات، مما يعني أن هناك عاملًا بيئيًا سريع التغير يجب أن تكون العاثيات قادرة على التكيف معه بسرعة'. يقول المؤلفون إن الأسباب المحتملة للتغيير تشمل التهرب من الجهاز المناعي ومواكبة التطور المستمر للمضيفات البكتيرية - وهو نوع من سباق التسلح القائم على الطفرات بين المضيف ومسببات الأمراض. ومهما كان الأمر، يقول مينوت، فإن مثل هذا التباين قد يساعد في دفع تطور ميكروبيوم الأمعاء: 'الركيزة الأساسية للتطور هي الطفرة'. ويشير التحليل التطوري للنسخ العكسية الـ 185 المكتشفة في مجموعة الدراسة هذه إلى أن جزءًا كبيرًا من هذه النسخ العكسية تشارك الإنزيمات في المقام الأول في توليد التنوع. الآن، يقول مينوت، يتمثل التحدي في تحديد وظيفة المناطق شديدة التغير المكتشفة حديثًا، وفهم كيفية تغير تنوعها بمرور الوقت وعلاقتها بالمرض. ويقول: 'إن هذه الطريقة تفتح عالمًا جديدًا تمامًا من علم الأحياء 'المولد للتنوع' لاكتشاف ما تفعله هذه الأنظمة المهمة بالفعل'. بالإضافة إلى بوشمان ومينوت، شارك في التأليف ستيفاني جرونبيرج (قسم علم الأحياء الدقيقة)؛ غاري وو (قسم أمراض الجهاز الهضمي)؛ وجيمس لويس (قسم الإحصاء الحيوي وعلم الأوبئة)، وجميعهم من ولاية بنسلفانيا. تم دعم البحث بمنح من المعاهد الوطنية للصحة، ووزارة الصحة في بنسلفانيا، ومؤسسة كرون والتهاب القولون الأمريكية.