Din hjärna skapades av ett virus

Viruset SARS-CoV-2 härjningar har gett virus ett dåligt rykte. Men alla virus är inte elaka. Dels är de flesta virus harmlösa; en klunk havsvatten innehåller flera miljarder virus. Dels har vi virus att tacka för våra liv; ditt DNA består till 8 procent av retrovirus. Det var virus som gav däggdjur en moderkaka. Ny forskning visar också att virus skapar minnen.

ARC

Nervceller kan inte röra sig. De tar emot information och skickar den vidare. Signalen kastar sig sedan över ett mellanrum som kallas synaps. Synapser förändras med användning; de är plastiska. Ny forskning visar att ett protein med namnet ARC (Activity-Regulated Cytoskeleton-associated protein) spelar en viktig roll i denna process. Möss som berövas ARC-genen tappar nämligen minnet, ungefär som Leonard Shelby i Memento.

Från den utmärkta filmen Memento.

I mitten av 1990-talet letade forskare gener som aktiveras i synapser under inlärning. Cellkroppen, där proteiner tillverkas, befinner sig långt från synapsen. Hur kommer proteinerna dit? Det visade sig att ARCs mRNA - som bär koden för ARC-proteinet - skickades från cellkroppen till synapsen.

ARC fungerade som ett virus. Medan människans arvsmassa finns i DNA, som utgörs av två separata strängar som slingrar sig runt varandra, har virus oftast sin arvsmassa i RNA, som vanligtvis är en enkelsträngad molekyl. Ett virus kan inte replikera sitt RNA, utan måste utnyttja en cell som i sin tur replikerar viruset. När ett virus letar efter celloffer är dess RNA skyddat bakom ett proteinskal som kallas kapsid. På samma sätt skyddas ARCs RNA av kapsid.

Kapsid. Virus är kapsid-kodande ”organismer”, medan celler är ribosom-kodande.

ARC-proteiner uppför sig alltså som virus. De förflyttar sig och "infekterar" celler. ARC-kapsider som frisätts från en nervcell kan dela sitt RNA med en annan nervcell, precis som virus delar RNA med varandra.

Virus gav djuren minne

Men hur hamnade ett protein som liknar ett virus hos människor? Eftersom samma version av ARC finns hos både människor och möss antar forskare nu att genen finns i alla landdjur. För cirka 375 miljoner år pressade sig ett virus - med en tidig version av ARC - in i arvsmassan till den gemensamma förfadern för alla landlevande djur. Med hjälp av ARC kunde viruset sprida sig från cell till cell. Men viruset fångades upp, avväpnades och fick en avgörande uppgift i hjärnorna hos landlevande djur.

Arc tar sig från nervcellens cellkropp till synapsen som ett virus.

Det kan tyckas som landdjuren besegrade viruset, men i själva var det win-win. Virus som dödar sina värdar överlever sällan. Virusutbrott som ebola dör ut eftersom alla flyr eller dör. Relativt snälla virus - som de 300 varianter som ger upphov till förkylning - lyckas bättre, men allra bäst lyckas det RNA som blir en del av någon arts arvsmassa. Genom att ge djuren funktioner som moderkakor och bättre minnen kommer de dessutom att öka sin och värdens chans att överleva.

Dåligt minne?

Fiskar saknar ARC-gener. De har inte lika bra minnen som landdjur. När fiskarna kravlade upp på land krävdes en plastisk hjärna. På land är det svårare att överleva. Varje dag en utmaning. I vatten kan fiskar suga in mat genom munnen. På land blev de tvungna att skicka munnen efter maten. Fiskarna behövde också lära sig och minnas vad de lärt sig och ARC hjälpte dem med det. Sedan pressade sig fiskarna upp från marken och började springa efter mat. Först på fyra ben, sedan på två ben. Det är inget jag tänker på när jag springer, men varje gång jag utmanar mig själv ökar jag ARC-genens aktivitet.

Vi är gjorda av virus

Förra veckan skrev jag om att cellernas livsviktiga mitokondrier härstammar från bakterier. Det kanske är svårt att smälta att en så viktig del av människan en gång var en parasit. Men mitokondrierna är inte de enda mikroberna som blandat sig med oss. En stor del av vårt DNA härstammar från virus.

Våra kroppar är ständigt utsatta för olika virus. De kan gör oss sjuka eller så kan de omintetgöras av vårt immunförsvar, men ibland blir de en del av oss. En typ av virus som kallas retrovirus gör kopior av sig själva genom att sätta in sina gener i cellens DNA. Cellen använder sedan dessa instruktioner för att göra nya virus. HIV fungerar på detta sätt, liksom ett antal virus som kan ge upphov till cancer.

Någon enstaka gång händer det att ett retrovirus infekterar ett ägg. Om ägget blir befruktat och ger upphov till en individ, kommer alla celler i denna individ att bära viruset. Och om den individen får barn sprids viruset till nästa generation.

Dessa så kallade endogena retrovirus kan fortfarande infektera sin värd. Men med tiden muterar de och blir ofarliga och det enda de gör är kopior av sina gener som sedan sätts in tillbaka i värdcellen. Kopia efter kopia byggs upp i DNA. För att begränsa störningarna av dessa virus, börjar däggdjur producera proteiner som kan hålla retrovirus i schack. Viruset reduceras till genetiskt bagage, oförmöget att göra något alls. Men de ser fortfarande ut som virus och forskarna har sett att mänskligt DNA innehåller cirka 100 000 fragment av just endogena retrovirus. Det är fem procent av all vår DNA. Våra drygt 20 000 gener utgör bara en procent av allt DNA.

Med tiden har detta virala skräp fått nya uppgifter. Ett exempel är promotorer som slår på och av gener. I en studie visade man att dessa promotorer härstammar från virus och att de var ett viktigt steg i utvecklingen av däggdjur med moderkakor. Så utan virus, inga moderkakor och utan moderkaka hade vi knappast blivit däggdjur som utvecklade internet. Vi finns tack vare virus, men det är svårt att acceptera när virus som ebola dödar tusentals.

Tre läskiga virus
En del virus fortsätter att skada sin värd år efter år, medan andra blir allt ofarligare i takt med att evolutionen sållar bort de mest dödliga varianterna. Förkylningsvirus är t ex ganska harmlösa, medan tillståndet i världen kring Första världskriget - då försvagade soldater låg tätt packade i stora salar - gynnade de elakaste varianterna av Spanska sjukan. De kunde döda sin värd och hoppa till nästa. På sikt tjänar dock virus på att vara snälla mot sina värdar, men det kan ta lång tid. Nästa pandemi står bakom hörnet och vi har inte lärt oss särskilt mycket av det som hände 1918.

Här är tre otäcka virus som inte verkar lugna ner sig i första taget:

1. Rabies
Efter ett bett från ett smittat djur tar sig rabiesviruset till det perifera nervsystemet och sedan upp genom nervbanorna till hjärnan. Rabiesviruset har bråttom att hitta en ny värd eftersom värden inte överlever särskilt länge. Viruset sprider sig via saliv och viruset påverkar hjärnan så att salivproduktionen ökar. Viruset påverkar även den drabbade så att de inte kan dricka vatten (äldre benämning är vattuskräck), eftersom vatten skulle skölja bort virus. Viruset kan inte ta sig in genom huden, men påverkar nervsystemet (rabies betyder galen) på drabbade djur så att de börjar bitas. Dödligheten är närmare 100 % när man visar symtom. Det finns inga botemedel, men det finns vaccin.

Man som har rabies. Bild från Wikipedia.

2. Ebola
Ebola upptäcktes så sent som 1976. Viruset smittar ofta först från djur till människa, sedan härjar viruset bland människor som är i kontakt med kroppsvätskor. Dödligheten är mellan 50-90 %.

När viruset befinner sig utanför en cell består det av en spiralformad proteinkapsel som omsluter dess gener. Viruset har ingen egen metabolism, men när det tar sig in i en värdcell tar det kontroll över cellen och börjar tillverka fler virus. Ebolaviruset attackerar främst endotelceller. Vid infektion transporteras viruset ut i kroppen via blodet och dödar celler i lymfkörtlar, lever, mjälte och lungor.

ebola.

På sistone har det spekulerats i att ebola kan bli luftburet, men det är inte särskilt troligt eftersom RNA-virus brukar förändras i små steg och för att bli luftburet krävs en rad osannolika mutationer. (Se utmärkt video)

3. HIV
Hiv är viruset som orsakar AIDS. Det är ett oerhört lömsk virus som attackerar de vita blodkropparna. Via speciella mottagare på cellernas yta tar sig hiv-viruset in i cellen. Väl inne i cellen gör viruset nya kopior av sig själv med hjälp av cellens maskineri och på så vis förökar det sig och kroppens immunförsvar bryts långsamt ned. Immunförsvaret försämras med svåra infektioner till följd. När immunförsvaret blivit kraftigt förstört utvecklas AIDS. Genom att kombinera olika virushämmande läkemedel kan man pressa tillbaka HIV, men viruset försvinner aldrig helt. Så fort medicineringen avbryts ökar HIV igen.

HIV

Den sjätte vägen till bättre löpning

Efter att jag skrev om fem vägar till bättre löpning i förra inlägget, upptäckte jag en sjätte väg. Just nu studerar jag den sjätte vägen till bättre löpning. Jag vill kunna det jag skriver om, både teoretiskt och praktiskt. Jag lär skriva om det om kanske en månad eller kanske till våren. Det beror lite på hur mycket snö och skidor som kommer emellan. Det beror också lite på hur snabb min hjärna är på att ta till sig teorierna och färdigheterna.

Ikväll gick jag skidgång upp till Vårdkasberget och där körde jag 4 x 4-intervaller med älglufs uppför en backe. Den frusna marken var täckt av is och snö. Det var första passet i icebugs. Sen sprang jag hem på ett lite nytt sätt.

Ibland får jag frågor varför jag skriver om t ex virus på en blogg som ska handla om löpning och hjärnan. Svaret är att jag en gång tänkte dela upp bloggen så att den ena handlade om löpning och den andra handlade mer om populärvetenskap, men nästan alla läsare tyckte det var en dålig idé och att det är ganska roligt med en blogg som handlar om lite av varje. Det tycker jag också. Jag tror jag skulle bli uttråkad och känna mig begränsad av att bara skriva om löpning och hjärnan, även om det inte är så "bara".