Faagit voivat aistia bakteerien DNA-vaurioita, mikä saa ne replikoitumaan ja hyppäämään laivaan. Suunnittele solut/iStock Getty Images Plusin kautta
Yli kahden vuoden COVID-19-pandemian jälkeen saatat kuvitella viruksen ilkeänä piikkipallona – mielettömänä tappajana, joka joutuu soluun ja kaappaa sen koneiston luodakseen itsestään gaziljoona kopiota ennen kuin se puhkeaa ulos. Monille viruksille, mukaan lukien koronavirus, joka aiheuttaa COVID-19:n, "mielitön tappaja" -epiteetti on pohjimmiltaan totta.
Mutta virusbiologiassa on enemmän kuin näkee.
Ota HIV, virus, joka aiheuttaa Aids. HIV on a retrovirus joka ei mene suoraan tappamiseen, kun se tulee soluun. Sen sijaan se integroituu kromosomeihinne ja vilunväristyksiinne odottaen oikeaa hetkeä käskeäkseen solun kopioimaan siitä ja puhkeamaan infektoimaan muita immuunisoluja ja aiheuttamaan lopulta AIDSin.
Se hetki, jota HIV juuri odottaa, on edelleen aktiivisen opiskelun alue. Mutta muiden virusten tutkimus on jo pitkään vihjannut, että nämä taudinaiheuttajat voivat olla melko "mielipistäviä" tappamisen suhteen. Virukset eivät tietenkään voi ajatella niin kuin sinä ja minä. Mutta kuten käy ilmi, evoluutio on antanut heille joitain melko monimutkaisia päätöksentekomekanismeja. Jotkut virukset esimerkiksi päättävät poistua solusta, jossa ne ovat asuneet, jos ne havaitsevat DNA-vaurion. Edes virukset eivät näytä haluavan jäädä uppoavaan laivaan.
My laboratorio on opiskellut molekyylibiologiaa bakteriofagit, tai lyhyesti faagit, virukset, jotka infektoivat bakteereja yli kahden vuosikymmenen ajan. Äskettäin kollegani ja minä on näyttänyt että faagit voivat kuunnella tärkeimpiä solujen signaaleja auttaakseen heitä päätöksenteossa. Vielä pahempaa, he voivat käyttää solun omia "korvia" kuunnellakseen heitä.
DNA-vaurioiden välttäminen
Jos vihollisesi vihollinen on ystäväsi, faagit ovat varmasti ystäviäsi. Faagit kontrolloida bakteeripopulaatioita luonnossa, ja lääkärit käyttävät niitä yhä enemmän hoitaa bakteeri-infektioita jotka eivät reagoi antibiooteihin.
Parhaiten tutkittu faagi, lambda, toimii vähän kuin HIV. Tultuaan bakteerisoluun lambda päättää, replikoituuko ja tappaako solun suoraan, kuten useimmat virukset tekevät, vai integroituuko se solun kromosomiin, kuten HIV tekee. Jos jälkimmäinen, lambda replikoituu harmittomasti isäntänsä kanssa aina, kun bakteerit jakautuvat.
Tämä video näyttää lambda-faagin, joka infektoi E. colin.
Mutta kuten HIV, lambda ei ole vain tyhjäkäynti. Se käyttää erityistä CI-nimistä proteiinia, kuten stetoskooppia, kuuntelemaan merkkejä DNA-vauriosta bakteerisolussa. Jos bakteerin DNA vaarantuu, se on huono uutinen sen sisällä olevalle lambdafaagille. Vaurioitunut DNA johtaa suoraan evoluution kaatopaikalle, koska se on hyödytön faagille, joka tarvitsee sitä lisääntyäkseen. Joten lambda käynnistää replikaatiogeeninsä, tekee itsestään kopioita ja purskahtaa ulos solusta etsimään lisää vahingoittumattomia soluja tartuttavaksi.
Napauttamalla solun viestintäjärjestelmää
Jotkut faagit sen sijaan, että keräävät tietoa omilla proteiineillaan, napauttavat tartunnan saaneen solun omaa DNA-vaurioanturia: LexA.
Proteiinit, kuten CI ja LexA, ovat transkriptiotekijät jotka kytkevät geenit päälle ja pois päältä sitoutumalla tiettyihin geneettisiin malleihin DNA-ohjekirjassa, joka on kromosomi. Jotkut faagit, kuten Coliphage 186, ovat havainneet, etteivät he tarvitse omaa viruksen CI-proteiinia, jos niiden kromosomeissa on lyhyt DNA-sekvenssi, johon bakteerien LexA voi sitoutua. Havaittuaan DNA-vaurion LexA aktivoi faagin replikoituvat ja tappavat geenit, mikä olennaisesti ylittää solun itsemurhaan ja antaa faagin paeta.
Tutkijat raportoivat ensin CI:n roolista faagien päätöksenteossa 1980: issä ja Coliphage 186:n vastatiedustelutemppu 1990-luvun lopulla. Sen jälkeen on ollut muutamia muita raportteja faageista, jotka napauttavat bakteeriviestintäjärjestelmiä. Yksi esimerkki on faagi phi29, joka hyödyntää isäntänsä transkriptiotekijää havaitakseen, milloin bakteeri valmistautuu synnyttämään itiötä tai eräänlaista bakteerimunaa pystyy selviytymään äärimmäisistä ympäristöistä. Phi29 käskee solua pakata DNA:nsa itiöön ja tappaa orastavat bakteerit, kun itiö itää.
Transkriptiotekijät kytkevät geenit päälle ja pois päältä.
Meidän äskettäin julkaistu tutkimus, kollegani ja minä osoitamme, että useat faagiryhmät ovat itsenäisesti kehittäneet kyvyn hyödyntää toista bakteeriviestintäjärjestelmää: CtrA-proteiinia. CtrA integroi useita sisäisiä ja ulkoisia signaaleja käynnistääkseen bakteerien erilaiset kehitysprosessit. Keskeinen näistä on bakteerien lisäosien tuotanto nimeltä flagella ja pili. Osoittautuu, että nämä faagit kiinnittyvät bakteerien piluksiin ja siimoihin infektoidakseen ne.
Johtava hypoteesimme on, että faagit käyttävät CtrA:ta arvioidakseen, milloin urheilupilujen ja flagellan lähellä on tarpeeksi bakteereja, jotta ne voivat helposti tartuttaa. Aika älykäs temppu "mielittömälle tappajalle".
Nämä eivät ole ainoita faageja, jotka tekevät monimutkaisia päätöksiä – kaikki ilman, että heillä on edes aivoja. Jotkut faagit, jotka tartuttavat Basilli bakteerit tuottavat pienen molekyylin joka kerta, kun ne tartuttavat solun. Faagit voivat aistia tämän molekyylin ja käyttää sitä laskea faagiinfektioiden lukumäärä tapahtuu heidän ympärillään. Kuten alienin hyökkääjät, tämä luku auttaa päättämään, milloin heidän pitäisi ottaa käyttöön kopioida ja tappaa geeninsä, tappaen vain, kun isäntiä on suhteellisen runsaasti. Tällä tavalla faagit varmistavat, etteivät he koskaan lopu isännistä tarttumaan ja takaavat oman pitkän selviytymisensä.
Viruksen vastatiedustelu
Saatat ihmetellä, miksi sinun pitäisi välittää bakteerivirusten suorittamista vastatiedusteluista. Vaikka bakteerit ovat hyvin erilaisia kuin ihmiset, niitä tartuttavat virukset ovat ei niin erilainen viruksista, jotka tartuttavat ihmisiä. Melko paljon jokainen temppu faagien pelaamia on myöhemmin osoitettu ihmisen viruksille käyttävän. Jos faagi voi koskettaa bakteerien viestintälinjoja, miksi ihmisvirus ei koskettaisi sinun?
Toistaiseksi tutkijat eivät tiedä, mitä ihmisen virukset voisivat kuunnella, jos ne kaappaavat nämä linjat, mutta monia vaihtoehtoja tulee mieleen. Uskon, että kuten faagit, ihmisen virukset voisivat mahdollisesti pystyä laskemaan lukumääränsä strategioiden laatimiseksi, havaitsemaan solujen kasvua ja kudosten muodostumista ja jopa valvomaan immuunivasteita. Toistaiseksi nämä mahdollisuudet ovat vain spekulaatiota, mutta tieteellinen tutkimus on käynnissä.
Se, että virukset kuuntelevat solujesi yksityisiä keskusteluja, ei ole kuvien ruusuisinta, mutta se ei ole ilman hopeaa. Kuten tiedustelupalvelut kaikkialla maailmassa tietävät hyvin, vastatiedustelu toimii vain silloin, kun se on salainen. Kun järjestelmää havaitaan, sitä voidaan helposti käyttää hyväkseen väärän tiedon syöttämiseen vihollisellesi. Samoin uskon, että tulevat antiviraaliset hoidot saattavat kyetä yhdistämään tavanomaista tykistöä, kuten virusten replikaatiota estäviä antiviraalisia lääkkeitä, informaatiosodankäynnin temppuihin, kuten saamaan viruksen uskomaan, että solu, jossa se on, kuuluu eri kudokseen.
Mutta hiljaa, älä kerro kenellekään. Virukset voisivat kuunnella!
Author
Ivan Erill, biologisten tieteiden apulaisprofessori, Marylandin yliopisto, Baltimore County
Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
Liittyvät kirjat:
Keho pitää pisteet: Aivomieli ja keho trauman paranemisessa
esittäjä (t): Bessel van der Kolk
Tämä kirja tutkii trauman ja fyysisen ja henkisen terveyden välisiä yhteyksiä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita paranemiseen ja palautumiseen.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Breath: kadonneen taiteen uusi tiede
Kirjailija: James Nestor
Tämä kirja tutkii hengityksen tieteitä ja käytäntöjä ja tarjoaa oivalluksia ja tekniikoita fyysisen ja henkisen terveyden parantamiseksi.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Kasviparadoksi: "terveellisten" elintarvikkeiden piilotetut vaarat, jotka aiheuttavat sairauksia ja painonnousua
Kirjailija: Steven R. Gundry
Tämä kirja tutkii ruokavalion, terveyden ja sairauksien välisiä yhteyksiä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita yleisen terveyden ja hyvinvoinnin parantamiseksi.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Immunity Code: Uusi paradigma todelliselle terveydelle ja radikaalille ikääntymisen estämiselle
Kirjailija: Joel Greene
Tämä kirja tarjoaa uuden näkökulman terveyteen ja immuniteettiin, hyödyntäen epigenetiikan periaatteita ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita terveyden ja ikääntymisen optimoimiseksi.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Täydellinen opas paastoon: paranna kehosi jaksoittaisella, vuorotellen ja pitkällä paastolla
Tohtori Jason Fung ja Jimmy Moore
Tämä kirja tutkii paastoamisen tiedettä ja käytäntöä ja tarjoaa oivalluksia ja strategioita yleisen terveyden ja hyvinvoinnin parantamiseksi.
