هر روز به ویروس شبیه‌تر می‌شویم

وقتی در سال 2001 برای اولین بار توالی ماده ژنتیکی انسان شناخته شد، شگفتی‌های بسیاری در مقابل ما ظاهر شدند. یکی از آنها تعداد اندک ژن‌ها بود، در حالی که ما تعداد آنها را حدود‌100 هزار تخمین زده بودیم فقط با 20 هزار ژن روبه‌رو شدیم. از آن تعجب‌برانگیز‌تر وقتی بود که توالی ژنتیکی را مورد ارزیابی قرار دادیم و متوجه شدیم که این ژن‌ها فقط 5‌/‌1 درصد ماده ژنتیکی را تشکیل می‌دهند. این کم جلوه داده شدن به خاطر DNA ورودی با منشأ ویروسی هستند که 9 درصد ماده ژنتیکی را شامل می‌شوند. علاوه بر آن قسمت‌های زیادی از ماده ژنتیکی از بخش‌های ویروس‌مانندی به نام رتروترانسپوزون‌ها تشکیل شده است که بخش‌های خودخواهی از DNA هستند که کارشان فقط کپی‌برداری از خودشان است. این بخش حدود 34 درصد ماده ژنتیکی ما را تشکیل می‌دهند. طول کلی حدود نیمی از DNA انسان‌ها از بخش‌های ویروس‌مانند تشکیل شده است. در گذشته این قسمت از DNA به عنوان «DNA بی‌استفاده» شناخته می‌شد، اما امروز معلوم شده است که بعضی از این قسمت‌ها نقش مهمی در زندگی ما ایفا می‌کنند. در عین حال هنوز منشأ و نقش باقی قسمت‌ها ناشناخته باقی مانده است. ماده ژنتیکی انسان ما را با تضادی مواجه کرده است. این DNA ویروسی از کجا آمده است؟ در تکامل ما چه نقشی داشته است و این که چه فایده‌ای از نظر فیزیولوژی برای ما دارد؟ برای پاسخ به این سوال‌‌ها باید منشأ ماده ژنتیکی انسان را پیش خود بازسازی کنیم. این مساله از هر چیزی که قبلا تصور می‌کردیم جالب‌تر است و ویروس‌ها نقشی بزرگ‌تر از آنچه تصور می‌کنید بازی می‌کنند. ویروس‌ها اغلب با بلا همراه بوده‌اند. همه‌گیری‌هایی که با مرگ و میر بالایی همراه بوده‌اند مانند آبله، آنفلوآنزا و ایدز. ویروس‌های بیماریزا با میزبان خود ماهرانه رفتار می‌کنند یعنی از طریق همزیستی و بخش مهم این همزیستی نقش آن در تکامل میزبان است. امروز شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد این مساله درست است و شواهد جالبی حاکی از آن است که ویروس‌ها مشخصا تکامل انسان را تغییر داده‌اند.

همزیستی توسط گیاه‌شناسی به نام آنتون دوباری در سال 1878 به صورت زندگی با جانداران غیرمشابه تعریف شد. هریک از طرفین، همزیست نامیده می‌شوند. رابطه همزیستی برای مجموعه اثرات تکاملی در پی دارد. هرچند انتخاب طبیعی روی هریک از همزیست‌ها به طور فردی اثر می‌کند (چراکه هریک از همزیست‌ها به طور جداگانه تکثیر می‌شوند)‌، علاوه بر آن در سطح روابط همزیستی نیز اثرات خود را می‌گذارد. این مساله در همیاری مرغ مگس‌خوار و گل‌ها برای گرده‌افشانی مشهود است، چراکه ساختار گل و منقار پرنده همراه باهم تکامل یافته‌اند تا با یکدیگر همخوانی داشته باشند و در خور همدیگر باشند.

همزیستی در سطوح مختلفی از سازمان‌های زیست‌شناسی عمل می‌کند. در یک سوی طیف جابجایی موادی که برای سوخت و ساز لازمند قرار دارد مانند همزیستی بین ریشه درخت و قارچ که از آن طریق درخت مواد معدنی و قارچ قند دریافت می‌کند. در سمت دیگر این طیف گسترده همزیستی رفتاری قرار دارد همانند هنگامی که شکارچیان آبزی در ایستگاه‌هایی توقف می‌کنند تا دندان‌هایشان توسط ماهی‌های کوچک و خرچنگ‌های دریایی تمیز شوند. همزیستی می‌‌تواند در سطح ژنتیک نیز رخ دهد که در آن طرفین ژن‌های خود را به اشتراک می‌گذارند. مثال خوب این مورد یک جانور آبزی به نام الیزا کلوروتیکاست که انرژی خود را از نور خورشید تامین می‌کند. این جانور جلبک‌های دریایی را می‌خورد و کلووپلاست موجود در آنها را استخراج کرده و آنها را به سلول‌هایی در روده خود منتقل می‌کند و در آنجا کلروپلاست برای این جانور غذاسازی می‌کند.

ماده ژنتیکی این موجود آبزی نیز حاوی ژن‌هایی است که از جلبک‌ منتقل شده‌اند که بدون حضور آنها کلروپلاست نمی‌تواند عملیات خود را انجام دهد. درواقع ماده ژنتیکی این جانور مخلوطی از ماده ژنتیکی جانور آبزی و جلبک است. این یعنی همزیستی ژنتیکی.

موضوع همزیستی ژنتیکی برای پاسخ به سوالات ما درباره منشأ ماده ژنتیکی انسان حیاتی است زیرا به ویروس‌ها و میزبان‌های آنان نیز مربوط می‌شود. ویروس‌ها انگل‌های اجباری‌‌اند بدین معنی که برای ادامه زندگی مجبورند در بدن یک موجود زنده که میزبان نام دارد ساکن شوند.

آنها فقط می‌توانند در سلول‌های میزبان تکثیر شوند بنابراین در چرخه زندگی خود طبق تعریف دوباری دوره‌ای از همزیستی را تجربه می‌کنند. در بیشتر ویروس‌ها مانند ویروس آنفلوآنزا این رابطه از نوع انگلی و موقتی است. اما بعضی از ویروس‌ها موجب عفونت پایدار می‌شوند و هیچ وقت بدن میزبان را ترک نمی‌کنند. چنین پیوند طولانی ماهیت همزیستی موجود را تغییر می‌دهد و احتمال تکامل همیاری را افزایش می‌‌دهد. چگونگی پیشروی این فرآیند شناخته شده است و «همزیستی گستاخانه» نامیده می‌‌شود.

نمونه‌ای از همزیستی گستاخانه همه‌گیری میکزوماتوز در بین خرگوش‌ها در استرالیا در دهه 50 می‌باشد. در سال 1859 خرگوش‌ها از اروپا به استرالیا جهت دستیابی به منبع غذایی مهاجرت داده شدند. به علت عدم وجود شکارچیان طبیعی جمعیت خرگوش‌ها به سرعت افزایش یافت و آنها تبدیل به آفتی برای محیط‌زیست شدند. در 1950 خرگوش‌هایی که به ویروس میکزوما آلوده بودند عمدا در طبیعت رها شدند تا با آلوده کردن خرگوش‌های دیگر مانع افزایش جمعیت آنها شوند. ظرف 3 ماه 8‌/‌99 درصد خرگوش‌های جنوب شرقی استرالیا از بین رفتند.

با وجود این که همه‌گیری بیماری میکزوماتوز به عنوان یک آزمایش تکاملی برنامه‌ریزی نشده بود اما عواقب تکاملی در پی داشت. میزبان طبیعی ویروس میکزوما خرگوش برزیلی است که در آنجا برای همیشه باقی می‌ماند و چیزی بیش از آسیب پوستی خفیف ایجاد نمی‌کند. در حال حاضر همین اتفاق برای خرگوش‌‌های استرالیایی نیز رخ داده است. در طی دوره همه‌گیری ویروس خرگوش‌هایی را انتخاب کرده است که تغییرات ژنتیکی اندکی با بقیه داشتند و می‌توانستند از عفونت‌ جان سالم به در برند. گلچین شدن خرگوش‌ها به دنبال بیماری باعث هم تکاملی شد و امروزه خرگوش‌ها به همراه ویروس‌ها در یک همزیستی غیر بیماری‌زا زندگی می‌کنند.

حال ویروس بیماری‌زایی را در نظر بگیرید که جمعیتی از انسان‌های آفریقایی در هدف قرار داده است. همه‌گیری که ایجاد می‌شود همان خط سیر قبلی را دنبال خواهد کرد. مدتی هم طول خواهد کشید تا افراد باقیمانده گلچین شوند و با ویروس هم‌تکاملی پیدا کنند. شواهدی وجود دارد که این اتفاق بکرات در طی دوره تکاملی ما رخ داده است،‌ اما این که چه وقت و توسط چه عوامل عفونت‌زایی بوده معلوم نیست.

حتی امروزه نیز بیماری‌های ویروسی در حال تغییر روند تکامل انسانند. اگر چه اثر گلچین شدن توسط بیماری‌ها به علت پیشرفت پزشکی تخفیف یافته است، با این حال فشار انتخاب طبیعی را به طور مشابهی بر انسان و ویروس نمی‌بینیم. برای مثال،‌ ژن انسانی HLA-B نقش مهمی در پاسخ به عفونت ویروس ایدز بازی می‌کند. این احتمال وجود دارد که این ژن‌های ویروسی باعث فشار انتخاب طبیعی روی ویروسی شوند، در حالی که فراوانی این ژن در جمعیت توسط ویروس بیماری تعیین می‌شود. این نمونه‌ای از همزیستی ژن در عمل است.

اما این مساله چگونه می‌تواند ما را به شناخت ترکیب ساختاری ماده ژنتیکی انسان نزدیک‌تر کند؟

ویروس ایدز از دسته رتروویروس‌هاست. یعنی گروهی از ویروس‌های RNA‌دار که RNA خود را قبل از کاشتن در ماده ژنتیکی میزبان به DNA تبدیل می‌کند. این فرآیند یک ویروس عفونت‌زا را به یک رتروویروس غیرعفونی درونزاد (ERV) که در انسان‌ها HERV خوانده می‌شود تبدیل می‌کند.

درونزاد‌سازی به رتروویروس‌ها اجازه می‌دهد که همزیستی ژنتیکی را به سطح جدیدی ارتقاء دهند. این فرآیند معمولا قسمتی از فرآیند طبیعی عفونت‌زایی ویروس است مانند وقتی که یک رتروویروس سلول خونی مانند لنفوسیت را آلوده می‌کند. اما اگر ویروس با کروموزم‌های سلول زاینده میزبان ترکیب شود می‌تواند قسمتی از ماده ژنتیکی نسل‌های آینده را تشکیل دهد. چنین درونزادسازی در سلول‌های زاینده چندین‌بار در اجداد ما رخ داده است و این همان منشأ DNA ویروسی موجود در ماده ژنتیکی ما می‌باشد. ماده ژنتیکی انسان حاوی هزاران ویروس غیرعفونی از بین 50 ـ‌30 خانواده مختلف است که میراث همه‌گیری‌هایی است که در طول تاریخ تکاملی ما رخ داده‌اند. می‌توانیم لحظه‌ای صبر کنیم و این طور فکر کنیم که ما نجات‌‌یافتگان دوره‌های مختلفی از همه‌گیری هستیم.

درونزادسازی هم‌اکنون در یک همه‌گیری رتروویروسی در بین کوالاهای استرالیا در حال بروز است. رتروویروس KORV که 100 سال قبل ظهور کرده است تاکنون در بین 75 درصد از کوالاها پخش شده است و در حال گلچین کردن حیوانات و رخنه در سلول‌های زایای باقی‌ماندگان است.

درونزادسازی مختص رتروویروس‌ها نیست. حدود 2 ماه قبل محققان گزارش دادند که ژن‌های نوعی از بورناویروس را در ماده ژنتیکی چندین پستاندار ازجمله انسان یافته‌اند. این اولین بار است که ویروسی جدا از خانواده رتروویروس در ماده ژنتیکی حیوانات یافت می‌شود. به نظر می‌رسد این ویروس 40 میلیون سال قبل وارد سلول زایای اجداد پستانداران شده باشد. پیش‌بینی می‌شود در آینده باز هم با چنین کشف‌هایی روبه‌رو شویم و شاید بتوانیم به کمک آنها منشأ نیمه اسرارآمیز ماده ژنتیکی را پیدا کنیم. توانایی ویروس‌ها در ترکیب ماده ژنتیکی خود با میزبان اهمیت تکاملی ویژه‌ای دارد. این مساله برای میزبان به منزله ماده جدیدی برای تکامل است. در صورتی که ویروس ژن مناسبی را در اختیار میزبان قرار دهد، انتخاب طبیعی روی آن اثر می‌کند و مانند یک جهش مفید می‌تواند در جمعیت گسترش یابد.

آیا ژن ویروسی واقعا می‌تواند برای میزبان مفید باشد؟ دلیلی برای مخالفت وجود ندارد. رتروویروس‌ها تاکنون رابطه هم‌تکاملی طولانی با میزبان‌های خود داشته‌اند که در طی آن توانسته‌اند قابلیت دستکاری دفاع میزبان به نفع خود را به دست آورند.

ویروسی که با سلول‌های زایا ترکیب می‌شود نه‌تنها ژن‌های خود را به دنبال می‌آورد بلکه نواحی تنظیمی که این ژن‌ها را کنترل می‌کنند را نیز به همراه دارد. ماده ژنتیکی ویروس حاوی نواحی به نام پایانه تکرارشونده طولانی (LTR) است که توالی آن به گونه‌ای است که نه‌تنها ژن‌های ویروس را کنترل می‌کند بلکه می‌تواند ژن‌های میزبان را نیز کنترل کند. بسیاری از این‌پایانه‌ها دارای محل‌هایی برای الصاق هورمون‌های میزبانند که به ویروس اجازه می‌دهند از آن طریق خطوط دفاعی میزبان را دستکاری کنند. رتروویروس‌ها اغلب به طور مکرر درونزادسازی می‌کنند و موجب انباشته شدن ویروس غیرعفونی می‌شوند. هر ویروسی که ترکیب می‌شود پتانسیل همزیستی تکاملی را دارد. وقتی یک ویروس غیرعفونی در ماده ژنتیکی قرار گرفت، انتخاب طبیعی بر آن اثر می‌کند و ژن‌های ویروسی یا توالی‌های تنظیمی که با بقای میزبان مغایرت دارند را از رده خارج می‌کند و آنهایی که هیچ تاثیری ندارند را به حال خود رها می‌کند و موارد نادری که به بقای میزبان کمک می‌کنند را انتخاب مثبت می‌کند. بیشتر ترکیب‌های ویروس غیرعفونی با اثر منفی یا بی‌اثر هستند. ماده ژنتیکی انسان به وسیله حمل بقایای این ترکیب‌ها از دهه‌های قبل تبدیل شده است. یکی از اولین بقایایی که پیدا شده است مربوط به رتروویروسی بوده است که ماده ژنتیکی پستانداران نخستین را حدود 40 میلیون سال قبل مورد تهاجم قرار داده است و موجب تشکیل خانواده‌ای از ERVها به نام خانواده W شده است. ماده ژنتیکی انسان حاوی 650 عدد از این ترکیب‌هاست. یکی از آنها روی کروموزوم 7 قرار دارد و حاوی ژنی به نام سینسیتین ـ 1 است که پروتئینی را کدگذاری می‌کند که به طور ابتدایی در ساختار پوشش ویروس به کار می‌رفت، اما هم‌اکنون برای عملکرد جفت انسان ضروری است. بیان سینسیتین ـ 1 توسط دو پایانه کنترل می‌شود که یکی از آنها از ویروس‌ اصلی و دیگری از رتروویروس دیگری به نام MaLR آمده است.

مثال‌های بسیاری از موارد فوق وجود دارند. ژن دیگری که باعث تولید پروتئینی می‌شود که برای ساختار جفت حیاتی است، سینسیتین ـ 2 نام دارد و آن هم از ویروس منشأ گرفته است. حداقل 6 ژن ویروسی دیگر نیز در عملکرد طبیعی جفت موثرند. هرچند که نقش دقیق آنها هنوز به طور کامل شناخته نشده است.

همچنین شواهد تجربی وجود دارد که نشان می‌دهد ویروس‌های غیرعفونی نقش مشخصی در رشد و نمو جنین دارند. علاوه بر آن ایجاد اختلال در آنها توسط دارو در موش موجب توقف رشد جنین در آنها شد که نشان می‌دهد این ERVها برای رشد و نمو اولیه در پستانداران حیاتی‌اند. به نظر می‌رسد ویروس‌های غیرعفونی نقش مهمی در فیزیولوژی سلول نیز داشته باشند. بررسی بیان ژن در مغز نشان می‌دهد که خانواده‌های مختلفی اعم از ویروس‌ها در عملکرد طبیعی مغز نقش دارند. مثلا سینسیتین ـ 1 و سینسیتین ـ 2 به طور گسترده‌ای در مغز بزرگسالان بیان می‌شوند، ولی این که عملکرد آنها چیست هنوز جای سوال است. سایر گروه‌های تحقیقاتی دریافته‌اند که 25 درصد از توالی‌های تنظیمی ژن در انسان‌ها حاوی اجزای ویروسی‌اند که احتمال این که ویروس‌های غیرعفونی در تنظیم ژن نقش داشته باشند را تقویت می‌کند. در تایید این مطلب معلوم شده است که پایانه‌های ویروس‌های غیرعفونی در نسخه‌برداری پروتئین‌های مهمی نقش دارند. برای مثال، قسمتی از ژن بتاگلوبین که یکی از بخش‌های پروتئینی هموگلوبین را کدگذاری می‌کند، تحت کنترل LTR است که از رتروویروس منشأ گرفته است.

جواب به تضادی که در ابتدا در ذهن‌ ما شکل گرفته بود اکنون واضح است: ماده ژنتیکی انسان به صورت مجموعه واحدی از همزیستی انسان و ویروس نشات گرفته است. محققانی که این کشفیات را تاکنون انجام داده‌اند به دنبال یک پروژه همه‌جانبه برای مطالعه تاثیر ویروس بر زندگی انسانند. امکان دارد که این تکامل وابسته به ویروس امروزه هم در حال تداوم باشد. ویروس ایدز به گروهی از رتروویروس‌ها به نام لنتی‌ویروس تعلق دارد. تا همین اواخر ویروس‌شناسان بر این باور بودند که لنتی‌ویروس‌ها درونزادسازی نمی‌شوند، ولی هم‌اکنون می‌دانیم که آنها به سلول‌زایای خرگوش‌ها و موش خاکستری وارد شده‌اند. این نشان می‌دهد که ممکن است ویروس ایدز توانایی ورود به ماده ژنتیکی انسان را نیز داشته باشد و شاید بتواند روند تکاملی ما را به سمت و سوی جدیدی هدایت کند. این ویروس برای ما بیماری‌زا محسوب می‌شود، ولی شاید بتواند برای زندگی نسل‌های بعدی حیاتی محسوب شود.

میکروماتوز بیماری‌ای است که خرگوش‌ها را مبتلا می‌کند. این بیماری توسط ویروس میکزوما ایجاد می‌شود. این ویروس در بعضی از خرگوش‌ها تنها توده‌های پوستی موضعی ایجاد می‌کند اما برخی دیگر از خرگوش‌ها را با بیماری شدیدتری روبه‌رو می‌کند.

خونخواری توسط پشه و تماس با خود حیوان آلوده باعث انتقال ویروس از یک حیوان به حیوان دیگر می‌شود. در این بیماری ابتدا توده‌هایی در اطراف سر و اندام جنسی حیوان پدیدار می‌شود. خرگوش دچار بی‌‌توجهی، بی‌اشتهایی و تب می‌شود. در بیشتر مواقع عفونت ثانویه باکتریایی اضافه می‌شود و ذات‌الریه و التهاب چرکی ریه‌ها رخ می‌دهد. در مواقعی که خرگوش به این بیماری مقاوم نباشد به سرعت مرگ حیوان رخ می‌دهد (معمولا ظرف 48 ساعت)‌.

این بیماری برای اولین بار در سال 1896 در اروگوئه مشاهده شد و پس از آن به آمریکای جنوبی و سایر نواحی دنیا راه یافت. در استرالیا از این بیماری برای کنترل جمعیت خرگوش‌ها استفاده شد. مقاومت ژنتیکی به این ویروس بسیار زود اتفاق افتاد و بسیاری از خرگوش‌ها در مدت 2 دهه مقاومت نسبی به این بیماری کسب کردند. پس از سال 1970 مقاومت به آرامی در حال افزایش است و هم‌اکنون این بیماری فقط نیمی از خرگوش‌های مبتلا را از بین می‌برد. میکروماتوز توسط باکتری‌شناسی به نام دکتر پل آرمانددلی به طور ندانسته در فرانسه منتشر شد. او از این ویروس برای خلاص شدن از شر خرگوش‌های موجود در ملک شخصی خود استفاده کرد. ظرف 4 ماه ویروس تا 50 کیلومتر منتشر شد. آرماند مشکوک بود که علت پخش شدن ویروس شکارچیانی بودند که خرگوش‌ها را از زمین وی ربوده بودند. تا سال 1954، 90 درصد خرگوش‌های وحشی فرانسه از بین رفتند و به این ترتیب بیماری در اروپا شایع شد.

برای خرگوش‌ها واکسنی موجود است که از ابتلا به این بیماری جلوگیری می‌کند. شکل‌گیری مقاومت نسبت به بیماری مراحل مختلفی را پشت‌سر گذاشته است. در استرالیا ابتدا ویروس به سرعت ظرف 4 روز باعث مرگ خرگوش‌ها شد، اما پس از آن نوع ضعیف‌تری از ویروس در آنجا شیوع پیدا کرد و به علت کشندگی کمتر توانست انتشار بیشتری پیدا کند. در اروپا بیشتر خرگوش‌ها نسبت به ویروس اصلی مقاوم شده‌اند و میزان بقای آنها 35 درصد است در حالی که در دهه 1950 صفر بوده است. درست است که ویروس‌ها درمان و حیوانات باعث بروز بیماری می‌شوند اما با شناختن آنها و نحوه عملکردشان می‌توان از آنها برای پیشبرد اهداف ویژه‌ای استفاده کرد. همان‌طور که در استرالیا از این ویروس برای کنترل جمعیت خرگوش‌ها استفاده شد و پیشرفت علم و شناخت جنبه‌های مفید ویروس‌های مختلف شاید بتوانیم در آینده این موجودات میکروسکوپی را برای استفاده در کارهای مختلف به خدمت بگیریم و در استفاده از نیرو و هزینه‌ صرفه‌جویی بسزایی داشته باشیم.

دکتر امیر شیروانی
منبع: New Scientist