作者：Xiaoyu Zhuo
逆轉錄病毒（比如HIV）可以把他們的基因組插入宿主的染色體中。但在哺乳動物長期進化中，有大量的逆轉錄病毒侵入了生殖細胞，插入了我們祖先的基因組中并一直傳播了下來成為了內源性逆轉錄病毒(ERV)，現在我們的基因組中有8%的序列來自ERV。做一個比較，人的基因組中編碼序列大概只有1-2%。在別的哺乳動物中，ERV占全基因組的比例也差不多（一般5-10%）。
這些病毒大部分已經插入我們的基因組有幾千萬年歷史，大部分都積累了大量的突變已經不能表達活病毒了。換句話說，它們大都是古代病毒的尸體殘余。不過在人的基因組中，只有一個ERV至今還有活性，那就是HERVK(HML2)。今年nature上也有篇漂亮的HERVK的文章（
doi:10.1038/nature14308），觀察到了這個HERVK在人胚胎期的表達，還發現了包裝的毒粒（VLP）：
雖然有表達和包裝，但大量人群測序似乎表明這個病毒很久沒有產生新的插入位點了。而且雖然有它，似乎不會對人直接致病。這個東西的表達到底有什么意義？能不能侵染細胞？或是在通往這個病毒在其進化道路進入死胡同后的垂死掙扎？也許還要更多的研究才能知道。
和人相反，小鼠基因組中有好幾個活躍的，能表達能感染的“活的ERV”。比如MLV，MMTV，還有IAPE等等好幾個。這里不多說。但問題來了，為什么有的動物有活的ERV，有的只有死的呢？去年plos pathogens上發表了一個假說：動物體型越大，基因組中活性的ERV越少。（
DOI: 10.1371/journal.ppat.1004214）。大概思路是，體型越大細胞分裂越多，ERV導致腫瘤的可能性也越大。因此自然選擇下ERV就少了。但這個只是有趣的假說，目前缺乏實際證據的支持。
2) 插入基因組的其他病毒序列
逆轉錄病毒因為其自然復制周期就有把自己插入宿主基因組的一環，整合在基因組中也不那么奇怪。那其他病毒，比如感冒病毒是不是就不會把自己的序列插入宿主基因組了？
正常來說是的。但別忘了，哺乳動物大都有活動的逆轉座子，比如人的L1hs（LINE）。這些東西可以通過轉錄－逆轉錄來自我復制，在基因組中得到成百上千的拷貝，一般來說比ERV的效率更高。有時候表達的基因被它們逆轉錄并插入基因組了，就會形成假基因。如果在病毒表達的時候，病毒RNA片段被LINE逆轉錄并插入宿主基因組了，那這個病毒就就間接的插入改變宿主基因組了，雖然它們本身不具備這個能力。
這樣的例子不少，比如有些鳥有hepadnavirus片段（doi:10.1371/ journal.pbio.1000495），比如bornavirus，比如伊博拉病毒（doi:10.1371/journal.ppat.1001030）。一般認為它們插入后并無別的功能，但也有人認為它們的表達可以幫助宿主抵御類似病毒的侵染。
3) 病毒起源的重要基因
無論是ERV，還是非逆轉錄的內源性病毒，很多人都認為它們不過是垃圾DNA。
英文里面，垃圾有兩個詞：garbage和junk。garbage是你裝在垃圾袋里扔掉的東西，junk是沒用但你會把它們放在儲藏室留作后用的東西（這是系里某老師說的）。就這個意義上，把ERV叫做junk DNA也不算大錯。
作為哺乳動物，我們回收利用了一個重要的來自ERV的病毒基因。可以說沒有這個病毒基因就沒有哺乳動物，這個基因就是syncytin（中文譯名我還不知道）。
哺乳動物和其他動物的最大區別就是懷孕。在此過程中，胎兒通過胎盤和母體聯系并吸取營養。胎盤直接和母體聯系的組織叫syncytio trophoblast（合胞體滋胚層，簡稱ST）這個組織是侵入母體吸取營養并阻止母體對胎兒排異的關鍵所在（這一段，懂胎盤結構功能的大大們輕虐）。
ST組織中表達了一個關鍵基因就是syncytin，這個基因對ST組織的形成和功能都至關重要。而syncytin這個基因的起源就是ERV的envelope蛋白。 envelope位于病毒的外殼，功能就是和細胞受體結合易助病毒入侵，還有對抗免疫。所以可以把胎兒想象成一個巨大的寄生蟲，這個寄生蟲就是用病毒外殼拆下的零件和母體接觸并存活，是不是很神奇？
從進化的角度上，更有趣的是不同分支的哺乳動物用的是不同的syncytin基因。目前并沒有找到一個所有胎盤哺乳動物共同的syncytin基因祖先。相反，人類有一個，小鼠有一個，牛又有一個不同的。。。這個怎么解釋呢？難道所有哺乳動物分支，都是在后來才統統獨立進化出了胎盤結構嗎？這個可能性不大，現在大家比較認同的觀點是，胎盤中的ERV表達水平比較高，在進化的不同的分支中，不斷有新的syncytin基因出現取代老的。（這一段也許太簡短了，看不懂請在評論回復，我再修改擴展）
關于syncytin的故事請看Thierry Heidmann的相關文章，比如這個比較新的綜述：DOI: 10.1098/rstb.2012.0507
除了syncytin，ERV還有一個部件對宿主有用，那就是它們位于兩端長重復區（LTR）的非編碼增強子啟動子序列。比如人的HERVH的LTR7，很多證據表明它在干細胞中有重要作用（doi:10.1038/nature13804 ， doi:10.1038/nsmb.2799）。
所以，病毒不論直接間接，還是有可能改變宿主的基因組的。事實上，我們的基因組就有8％是直接來來源于病毒。這個改變，甚至還能被宿主利用，達成為宿主服務的新功能。
原核生物（如細菌）和低等真核生物（如真菌、線蟲）相比，高等動物的基因組極為龐大（從幾百倍到幾千倍）。那么在生物演化過程中，基因組是怎樣變大的呢？
根據我們現在的了解，可能有幾個來源。一個是 DNA 復制過程中出錯，形成多個拷貝，這被稱作重復序列。比如人類基因組中三分之二的序列是由重復序列組成的。還有就是有絲分裂時出錯，形成多倍體，這多發生于植物中。還有一個重要來源就是病毒基因組整合到宿主基因組中。如你所說的，人類基因組中現在能夠識別出來的病毒殘骸約占整個基因組的 8%，這個一個非常龐大的數字。人類基因組約含 30 億個堿基對，典型的逆轉錄病毒大約 7000-10000個堿基對。也就是說，這樣的病毒基因組整合事件在歷史上至少發生過 2-3 萬次。
需要說明的是，這些病毒并不都是在人類的幾百萬年歷史中整合進來的，其中絕大多數是在從我們的單細胞祖先（感染細菌的病毒叫做噬菌體，有些條件下它們也會整合到宿主細菌的基因組中。）一直到我們的魚類祖先，再到我們的猿類祖先的演化過程中發生的。
但是，由于在漫長的歲月中，我們祖先們的基因組還 發生了染色體互換、基因重組、突變等一系列的變化，許多病毒殘骸已經被嚴重破壞到我們無法識別的程度。因此，這類事件發生的次數應遠遠多于上面的估計。
基于逆轉錄病毒整合到宿主基因組中的方式，我們可以將逆轉錄病毒粗略分為兩大類：慢病毒和其他逆轉錄病毒。逆轉錄病毒感染細胞后，病毒內含的 RNA會被注入細胞，在它們自身所攜帶的逆轉錄酶的催化下將其正鏈 RNA 逆轉錄為反鏈 DNA，形成 RNA-DNA 雜交體。之后，正鏈 RNA 被病毒所攜帶的核酸核糖酶 H 降解，生成單鏈 DNA。再在 DNA 聚合酶作用下，由反鏈 DNA 合成出正鏈DNA，形成雙鏈 DNA 中間體。當細胞進行有絲分裂時，核膜消失。
這時，病毒的雙鏈 DNA 中間體就可以在病毒攜帶的整合酶的作用下，整合到宿主細胞的基因組上。如果是慢病毒，這個雙鏈 DNA 中間體可以直接跨過細胞核膜進入核內，并整合進宿主細胞基因中，因此慢病毒可以感染沒有進行分裂的細胞。整合進基因組的病毒被稱為前病毒，在細胞分裂時與宿主的基因組同步復制。
前病毒有兩種命運。它可以在適當的時候被重新激活，在宿主細胞 RNA 聚合酶的作用下，從反鏈 DNA 轉錄合成出新的正鏈 RNA 基因組。其中一部分正鏈RNA 基因組被加工成信使 RNA，翻譯出結構蛋白。結構蛋白再與正鏈 RNA 組裝成為新的病毒。另一個命運就是在宿主基因組的重組、互換和突變過程中被破壞掉，成為一個病毒殘骸。
這里要注意到，并不是所有被整合進細胞基因組的病毒基因組都會被遺傳給我們的后代，只有那些感染并整合進生殖細胞基因組的病毒才會被遺傳。因此，我們今天在我們基因組中能看到的病毒整合事件只是這類事件中極小的一部分。
另外，這些整合進我們基因組的潛伏者并不總是我們的敵人。時間長了，它們也可能轉變立場，成為我們的一份子。
這里舉兩個這方面的例子。在人類和某些靈長類動物的體內有一種叫做 Syncytin-1 的蛋白質，它在胎盤的形成過程中扮演必不可少的重要角色。編碼這個蛋白質的基因就 來源于一個整合進靈長類基因組的病毒殘骸。據信這次整合事件發生在大約 2500 萬年前。在另一項研究中，研究人員發現神經細胞可以把信使 RNA 包裹進類似 HIV 病毒外殼的結構中，然后以與病毒感染細胞相似的方式從一個神經細胞傳染到另一個神經細胞，來傳遞信息。這也被認為是前病毒殘骸被我們的細胞廢物利用，開發出了嶄新的用途。
病毒可以改變侵襲細胞的dna，這種變化是局部的，不可以遺傳，絕大大多數變化是無意義。人類基因組確實有一點是來自病毒的，然而這是數億年、數萬年的演化的結果，而且它們并不起作用，只是作為“垃圾DNA”被一塊兒復制、流傳了下來。想通過感冒一次，就改變人體DNA，不可能。
像有些逆轉錄病毒，確實可能整合到宿主DNA上，然而只是體細胞，不是生殖細胞，不會全身改變，也不會遺傳。
另外，這些病毒DNA即使整合，比例也可忽略。而且病毒DNA就是個“垃圾”，不會賦予你什么新性狀（新功能新特點），啥都沒有，它存在就是為了復制、傳代、繼續存在的（參照計算機病毒），沒啥意義。
PS：以上不僅說的不僅是人，也包括其他生物（主要還是哺乳動物），人在生物學上除了特別聰明，也沒什么特殊的。
