A fágok érzékelik a bakteriális DNS-károsodást, ami replikációra és hajóugrásra készteti őket. Design Cells/iStock a Getty Images Plus segítségével
A COVID-19 világjárvány több mint két éve után egy csúnya tüskés labdaként képzelheti el a vírust – egy esztelen gyilkost, aki bejut egy sejtbe, és eltéríti annak gépezetét, hogy gazillió másolatot készítsen magáról, mielőtt kitörne. Számos vírus esetén, beleértve a koronavírus, amely COVID-19-et okoz, az „ész nélküli gyilkos” jelző lényegében igaz.
De a vírusbiológiában több van, mint amilyennek látszik.
Vegyük a HIV-t, a vírust, ami okozza AIDS. A HIV a retrovírus amely nem indul közvetlenül gyilkosságba, amikor belép egy cellába. Ehelyett beépül a kromoszómáidba és a hidegrázásba, és várja a megfelelő pillanatot, hogy parancsot adjon a sejtnek, hogy készítsen róla másolatot, majd kitör, hogy megfertőzzen más immunsejteket, és végül AIDS-et okozzon.
Hogy pontosan melyik pillanatra vár a HIV, az még mindig egy aktív tanulmányozási terület. De más vírusokkal kapcsolatos kutatások már régóta utalnak arra, hogy ezek a kórokozók meglehetősen „megfontoltak” a gyilkolásról. Természetesen a vírusok nem gondolkodhatnak úgy, ahogy te és én. De, mint kiderült, az evolúció meglehetősen bonyolult döntéshozatali mechanizmusokkal ruházta fel őket. Egyes vírusok például úgy döntenek, hogy elhagyják a sejtet, amelyben eddig tartózkodtak, ha DNS-károsodást észlelnek. Úgy tűnik, még a vírusok sem szeretnek egy süllyedő hajóban maradni.
My laboratórium molekuláris biológiáját tanulmányozta bakteriofágokvagy röviden fágok, a baktériumokat megfertőző vírusok több mint két évtizede. Nemrég kollégáim és én kimutatták hogy a fágok képesek figyelni a kulcsfontosságú sejtjelekre, hogy segítsék őket a döntéshozatalban. Még rosszabb, hogy használhatják a sejt saját „fülét”, hogy meghallgatják helyettük.
Megszökni a DNS-károsodástól
Ha az ellenséged ellensége a barátod, a fágok minden bizonnyal a barátaid. Fágok szabályozza a baktériumpopulációkat a természetben, és a klinikusok egyre gyakrabban alkalmazzák őket bakteriális fertőzések kezelésére amelyek nem reagálnak az antibiotikumokra.
A legjobban tanulmányozott fág, lambda, kicsit úgy működik, mint a HIV. A baktériumsejtbe való belépéskor a lambda eldönti, hogy a legtöbb vírushoz hasonlóan megsokszorozza és megöli a sejtet, vagy beépül a sejt kromoszómájába, ahogy a HIV teszi. Ha ez utóbbi, a lambda ártalmatlanul replikálódik a gazdájával minden alkalommal, amikor a baktérium osztódik.
Ez a videó egy lambda-fágot mutat be, amely E. coli-t fertőz.
De a HIV-hez hasonlóan a lambda sem csak tétlenül ül. Egy speciális CI nevű fehérjét használ, például egy sztetoszkópot, hogy figyelje a DNS-károsodás jeleit a baktériumsejtben. Ha a baktérium DNS-e sérül, az rossz hír a benne fészkelt lambda fág számára. A sérült DNS egyenesen az evolúció szeméttelepére vezet, mert haszontalan a szaporodáshoz szükséges fág számára. Így a lambda bekapcsolja a replikációs génjeit, másolatokat készít magáról, és kitör a sejtből, hogy további sértetlen sejteket keressen a fertőzéshez.
A cella kommunikációs rendszerének megérintése
Egyes fágok ahelyett, hogy saját fehérjéikkel gyűjtenék az információkat, a fertőzött sejt saját DNS-károsodásérzékelőjét érintik: a LexA-t.
Az olyan fehérjék, mint a CI és a LexA transzkripciós faktorok amelyek be- és kikapcsolják a géneket azáltal, hogy specifikus genetikai mintákhoz kötődnek a kromoszómát jelentő DNS használati utasításban. Egyes fágok, például a Coliphage 186 rájöttek, hogy nincs szükségük saját vírusos CI fehérjére, ha kromoszómájukban egy rövid DNS-szekvencia van, amelyhez a bakteriális LexA kötődni tud. A DNS-károsodás észlelésekor a LexA aktiválja a fág replikáló és elpusztító génjeit, lényegében kétszeresen keresztezi a sejtet és öngyilkosságot követ el, miközben lehetővé teszi a fág kiszabadulását.
A tudósok először számoltak be a CI szerepéről a fágok döntéshozatalában az 1980-okban és a Coliphage 186 kémelhárítási trükkje az 1990-es évek végén. Azóta néhány más jelentés is érkezett a bakteriális kommunikációs rendszereket megérintő fágokról. Az egyik példa az fág phi29, amely a gazdaszervezet transzkripciós faktorát használja ki annak észlelésére, hogy a baktérium mikor készül spóra vagy egyfajta baktériumpete létrehozására képes túlélni a szélsőséges környezetet. A Phi29 arra utasítja a sejtet, hogy a DNS-ét csomagolja a spórákba, és megöli a bimbózó baktériumokat, amint a spóra kicsírázik.
A transzkripciós faktorok be- és kikapcsolják a géneket.
A mi nemrégiben közzétett kutatás, kollégáimmal kimutattuk, hogy a fágok több csoportja egymástól függetlenül fejlesztette ki azt a képességet, hogy egy újabb bakteriális kommunikációs rendszerhez, a CtrA fehérjéhez kapcsolódjon. A CtrA több belső és külső jelet integrál, hogy különböző fejlődési folyamatokat indítson el a baktériumokban. Ezek közül kulcsfontosságú az úgynevezett bakteriális függelékek termelése flagella és pili. Kiderült, hogy ezek a fágok a baktériumok pilusaihoz és flagelláihoz kapcsolódnak, hogy megfertőzzék őket.
Vezető hipotézisünk az, hogy a fágok CtrA-t használnak annak kitalálására, hogy mikor lesz elegendő baktérium a sportpillák és flagellák közelében, amelyet könnyen megfertőzhetnek. Elég okos trükk egy „gondolatlan gyilkosnak”.
Nem ezek az egyetlen fágok, amelyek bonyolult döntéseket hoznak – mindezt anélkül, hogy akár agyuk is lenne. Néhány fág, amely fertőz bacilus A baktériumok minden alkalommal egy kis molekulát termelnek, amikor megfertőznek egy sejtet. A fágok érzékelik ezt a molekulát, és felhasználhatják számolja meg a fágfertőzések számát zajlanak körülöttük. Az idegen betolakodókhoz hasonlóan ez a szám segít eldönteni, hogy mikor kapcsolják be a replikáló és megölő géneiket, és csak akkor ölnek meg, ha viszonylag bőséges a gazdaszervezet. Így a fágok gondoskodnak arról, hogy soha ne fogyjanak ki a fertőzéshez szükséges gazdáikból, és garantálják saját hosszú távú túlélésüket.
A vírusellenes intelligencia elleni küzdelem
Elgondolkodhat azon, hogy miért kell törődnie a bakteriális vírusok által működtetett kémelhárítási műveletekkel. Míg a baktériumok nagyon különböznek az emberektől, az őket megfertőző vírusok igen nem olyan más az embert megfertőző vírusoktól. Eléggé minden egyes trükköt a fágok által játszott szerepről később kiderült, hogy emberi vírusok is használják. Ha egy fág képes megérinteni a bakteriális kommunikációs vonalakat, akkor egy emberi vírus miért ne érintené meg a tiédet?
A kutatók egyelőre nem tudják, mire figyelhetnek az emberi vírusok, ha eltérítik ezeket a vonalakat, de rengeteg lehetőség jut eszébe. Úgy gondolom, hogy a fágokhoz hasonlóan az emberi vírusok is képesek lehetnek megszámolni a számukat, hogy stratégiát alakítsanak ki, kimutathassák a sejtnövekedést és a szövetképződést, és még az immunválaszokat is nyomon kövessék. Egyelőre ezek a lehetőségek csak feltételezések, de a tudományos vizsgálat folyamatban van.
Az, hogy a vírusok hallgatják a sejtjei privát beszélgetéseit, nem a legrosszabb kép, de ez sem nélkülözhető. Amint azt a hírszerző ügynökségek világszerte jól tudják, a kémelhárítás csak akkor működik, ha rejtett. Az észlelést követően a rendszer nagyon könnyen kihasználható félretájékoztatásra az ellenség számára. Hasonlóképpen úgy gondolom, hogy a jövőbeni vírusellenes terápiák képesek lehetnek a hagyományos tüzérséget, például a vírusreplikációt megakadályozó vírusellenes szereket az információs hadviselés trükkjével kombinálni, például elhitetni a vírussal, hogy a sejt, amelyben van, egy másik szövethez tartozik.
De nyugi, ne mondd el senkinek. A vírusok hallgathatnak!
A szerzőről
Ivan Erill, a biológiai tudományok docense, Marylandi Egyetem, Baltimore megye
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
Kapcsolódó könyvek:
A test tartja a pontszámot: Az agy és a test a traumák gyógyításában
írta Bessel van der Kolk
Ez a könyv a trauma, valamint a fizikai és mentális egészség összefüggéseit tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva a gyógyuláshoz és felépüléshez.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Lélegzet: Egy elveszett művészet új tudománya
írta: James Nestor
Ez a könyv a légzés tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és technikákat kínálva a testi és lelki egészség javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A növényi paradoxon: Az „egészséges” élelmiszerek rejtett veszélyei, amelyek betegségeket és súlygyarapodást okoznak
szerző: Steven R. Gundry
Ez a könyv az étrend, az egészség és a betegségek közötti összefüggéseket tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Az Immunity Code: A valódi egészség és a radikális öregedésgátlás új paradigmája
írta Joel Greene
Ez a könyv új perspektívát kínál az egészségről és az immunitásról, az epigenetika alapelveire támaszkodva, valamint betekintést és stratégiákat kínál az egészség és az öregedés optimalizálásához.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A böjt teljes útmutatója: Gyógyítsa meg testét időszakos, váltakozó napos és hosszabb böjtöléssel
Dr. Jason Fung és Jimmy Moore
Ez a könyv a böjt tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.
