作者：Xiaoyu Zhuo
逆转录病毒（比如HIV）可以把他们的基因组插入宿主的染色体中。但在哺乳动物长期进化中，有大量的逆转录病毒侵入了生殖细胞，插入了我们祖先的基因组中并一直传播了下来成为了内源性逆转录病毒(ERV)，现在我们的基因组中有8%的序列来自ERV。做一个比较，人的基因组中编码序列大概只有1-2%。在别的哺乳动物中，ERV占全基因组的比例也差不多（一般5-10%）。
这些病毒大部分已经插入我们的基因组有几千万年历史，大部分都积累了大量的突变已经不能表达活病毒了。换句话说，它们大都是古代病毒的尸体残余。不过在人的基因组中，只有一个ERV至今还有活性，那就是HERVK(HML2)。今年nature上也有篇漂亮的HERVK的文章（
doi:10.1038/nature14308），观察到了这个HERVK在人胚胎期的表达，还发现了包装的毒粒（VLP）：
虽然有表达和包装，但大量人群测序似乎表明这个病毒很久没有产生新的插入位点了。而且虽然有它，似乎不会对人直接致病。这个东西的表达到底有什么意义？能不能侵染细胞？或是在通往这个病毒在其进化道路进入死胡同后的垂死挣扎？也许还要更多的研究才能知道。
和人相反，小鼠基因组中有好几个活跃的，能表达能感染的“活的ERV”。比如MLV，MMTV，还有IAPE等等好几个。这里不多说。但问题来了，为什么有的动物有活的ERV，有的只有死的呢？去年plos pathogens上发表了一个假说：动物体型越大，基因组中活性的ERV越少。（
DOI: 10.1371/journal.ppat.1004214）。大概思路是，体型越大细胞分裂越多，ERV导致肿瘤的可能性也越大。因此自然选择下ERV就少了。但这个只是有趣的假说，目前缺乏实际证据的支持。
2) 插入基因组的其他病毒序列
逆转录病毒因为其自然复制周期就有把自己插入宿主基因组的一环，整合在基因组中也不那么奇怪。那其他病毒，比如感冒病毒是不是就不会把自己的序列插入宿主基因组了？
正常来说是的。但别忘了，哺乳动物大都有活动的逆转座子，比如人的L1hs（LINE）。这些东西可以通过转录－逆转录来自我复制，在基因组中得到成百上千的拷贝，一般来说比ERV的效率更高。有时候表达的基因被它们逆转录并插入基因组了，就会形成假基因。如果在病毒表达的时候，病毒RNA片段被LINE逆转录并插入宿主基因组了，那这个病毒就就间接的插入改变宿主基因组了，虽然它们本身不具备这个能力。
这样的例子不少，比如有些鸟有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）。一般认为它们插入后并无别的功能，但也有人认为它们的表达可以帮助宿主抵御类似病毒的侵染。
3) 病毒起源的重要基因
无论是ERV，还是非逆转录的内源性病毒，很多人都认为它们不过是垃圾DNA。
英文里面，垃圾有两个词：garbage和junk。garbage是你装在垃圾袋里扔掉的东西，junk是没用但你会把它们放在储藏室留作后用的东西（这是系里某老师说的）。就这个意义上，把ERV叫做junk DNA也不算大错。
作为哺乳动物，我们回收利用了一个重要的来自ERV的病毒基因。可以说没有这个病毒基因就没有哺乳动物，这个基因就是syncytin（中文译名我还不知道）。
哺乳动物和其他动物的最大区别就是怀孕。在此过程中，胎儿通过胎盘和母体联系并吸取营养。胎盘直接和母体联系的组织叫syncytio trophoblast（合胞体滋胚层，简称ST）这个组织是侵入母体吸取营养并阻止母体对胎儿排异的关键所在（这一段，懂胎盘结构功能的大大们轻虐）。
ST组织中表达了一个关键基因就是syncytin，这个基因对ST组织的形成和功能都至关重要。而syncytin这个基因的起源就是ERV的envelope蛋白。 envelope位于病毒的外壳，功能就是和细胞受体结合易助病毒入侵，还有对抗免疫。所以可以把胎儿想象成一个巨大的寄生虫，这个寄生虫就是用病毒外壳拆下的零件和母体接触并存活，是不是很神奇？
从进化的角度上，更有趣的是不同分支的哺乳动物用的是不同的syncytin基因。目前并没有找到一个所有胎盘哺乳动物共同的syncytin基因祖先。相反，人类有一个，小鼠有一个，牛又有一个不同的。。。这个怎么解释呢？难道所有哺乳动物分支，都是在后来才统统独立进化出了胎盘结构吗？这个可能性不大，现在大家比较认同的观点是，胎盘中的ERV表达水平比较高，在进化的不同的分支中，不断有新的syncytin基因出现取代老的。（这一段也许太简短了，看不懂请在评论回复，我再修改扩展）
关于syncytin的故事请看Thierry Heidmann的相关文章，比如这个比较新的综述：DOI: 10.1098/rstb.2012.0507
除了syncytin，ERV还有一个部件对宿主有用，那就是它们位于两端长重复区（LTR）的非编码增强子启动子序列。比如人的HERVH的LTR7，很多证据表明它在干细胞中有重要作用（doi:10.1038/nature13804 ， doi:10.1038/nsmb.2799）。
所以，病毒不论直接间接，还是有可能改变宿主的基因组的。事实上，我们的基因组就有8％是直接来来源于病毒。这个改变，甚至还能被宿主利用，达成为宿主服务的新功能。
原核生物（如细菌）和低等真核生物（如真菌、线虫）相比，高等动物的基因组极为庞大（从几百倍到几千倍）。那么在生物演化过程中，基因组是怎样变大的呢？
根据我们现在的了解，可能有几个来源。一个是 DNA 复制过程中出错，形成多个拷贝，这被称作重复序列。比如人类基因组中三分之二的序列是由重复序列组成的。还有就是有丝分裂时出错，形成多倍体，这多发生于植物中。还有一个重要来源就是病毒基因组整合到宿主基因组中。如你所说的，人类基因组中现在能够识别出来的病毒残骸约占整个基因组的 8%，这个一个非常庞大的数字。人类基因组约含 30 亿个碱基对，典型的逆转录病毒大约 7000-10000个碱基对。也就是说，这样的病毒基因组整合事件在历史上至少发生过 2-3 万次。
需要说明的是，这些病毒并不都是在人类的几百万年历史中整合进来的，其中绝大多数是在从我们的单细胞祖先（感染细菌的病毒叫做噬菌体，有些条件下它们也会整合到宿主细菌的基因组中。）一直到我们的鱼类祖先，再到我们的猿类祖先的演化过程中发生的。
但是，由于在漫长的岁月中，我们祖先们的基因组还 发生了染色体互换、基因重组、突变等一系列的变化，许多病毒残骸已经被严重破坏到我们无法识别的程度。因此，这类事件发生的次数应远远多于上面的估计。
基于逆转录病毒整合到宿主基因组中的方式，我们可以将逆转录病毒粗略分为两大类：慢病毒和其他逆转录病毒。逆转录病毒感染细胞后，病毒内含的 RNA会被注入细胞，在它们自身所携带的逆转录酶的催化下将其正链 RNA 逆转录为反链 DNA，形成 RNA-DNA 杂交体。之后，正链 RNA 被病毒所携带的核酸核糖酶 H 降解，生成单链 DNA。再在 DNA 聚合酶作用下，由反链 DNA 合成出正链DNA，形成双链 DNA 中间体。当细胞进行有丝分裂时，核膜消失。
这时，病毒的双链 DNA 中间体就可以在病毒携带的整合酶的作用下，整合到宿主细胞的基因组上。如果是慢病毒，这个双链 DNA 中间体可以直接跨过细胞核膜进入核内，并整合进宿主细胞基因中，因此慢病毒可以感染没有进行分裂的细胞。整合进基因组的病毒被称为前病毒，在细胞分裂时与宿主的基因组同步复制。
前病毒有两种命运。它可以在适当的时候被重新激活，在宿主细胞 RNA 聚合酶的作用下，从反链 DNA 转录合成出新的正链 RNA 基因组。其中一部分正链RNA 基因组被加工成信使 RNA，翻译出结构蛋白。结构蛋白再与正链 RNA 组装成为新的病毒。另一个命运就是在宿主基因组的重组、互换和突变过程中被破坏掉，成为一个病毒残骸。
这里要注意到，并不是所有被整合进细胞基因组的病毒基因组都会被遗传给我们的后代，只有那些感染并整合进生殖细胞基因组的病毒才会被遗传。因此，我们今天在我们基因组中能看到的病毒整合事件只是这类事件中极小的一部分。
另外，这些整合进我们基因组的潜伏者并不总是我们的敌人。时间长了，它们也可能转变立场，成为我们的一份子。
这里举两个这方面的例子。在人类和某些灵长类动物的体内有一种叫做 Syncytin-1 的蛋白质，它在胎盘的形成过程中扮演必不可少的重要角色。编码这个蛋白质的基因就 来源于一个整合进灵长类基因组的病毒残骸。据信这次整合事件发生在大约 2500 万年前。在另一项研究中，研究人员发现神经细胞可以把信使 RNA 包裹进类似 HIV 病毒外壳的结构中，然后以与病毒感染细胞相似的方式从一个神经细胞传染到另一个神经细胞，来传递信息。这也被认为是前病毒残骸被我们的细胞废物利用，开发出了崭新的用途。
病毒可以改变侵袭细胞的dna，这种变化是局部的，不可以遗传，绝大大多数变化是无意义。人类基因组确实有一点是来自病毒的，然而这是数亿年、数万年的演化的结果，而且它们并不起作用，只是作为“垃圾DNA”被一块儿复制、流传了下来。想通过感冒一次，就改变人体DNA，不可能。
像有些逆转录病毒，确实可能整合到宿主DNA上，然而只是体细胞，不是生殖细胞，不会全身改变，也不会遗传。
另外，这些病毒DNA即使整合，比例也可忽略。而且病毒DNA就是个“垃圾”，不会赋予你什么新性状（新功能新特点），啥都没有，它存在就是为了复制、传代、继续存在的（参照计算机病毒），没啥意义。
PS：以上不仅说的不仅是人，也包括其他生物（主要还是哺乳动物），人在生物学上除了特别聪明，也没什么特殊的。
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