Fage kan bakteriese DNA-skade waarneem, wat hulle laat repliseer en skip spring. Ontwerp selle/iStock via Getty Images Plus
Na meer as twee jaar van die COVID-19-pandemie, kan jy 'n virus voorstel as 'n nare bal - 'n verstandelose moordenaar wat in 'n sel klim en sy masjinerie kaap om 'n miljoen kopieë van homself te skep voordat dit uitbars. Vir baie virusse, insluitend die koronavirus wat COVID-19 veroorsaak, die "mindless killer" bynaam is in wese waar.
Maar daar is meer aan virusbiologie as wat ons op die oog af sien.
Neem MIV, die virus wat veroorsaak Vigs. MIV is a retrovirus wat nie direk op 'n moordtog gaan wanneer dit 'n sel binnegaan nie. In plaas daarvan integreer dit homself in jou chromosome en koue rillings, en wag vir die regte oomblik om die sel te beveel om kopieë daarvan te maak en uit te bars om ander immuunselle te besmet en uiteindelik vigs te veroorsaak.
Presies op watter oomblik MIV wag, is nog steeds 'n area van aktiewe studie. Maar navorsing oor ander virusse het al lank daarop gewys dat hierdie patogene nogal "nadenkend" kan wees oor doodmaak. Natuurlik kan virusse nie dink soos ek en jy dink nie. Maar, soos dit blyk, het evolusie hulle toegerus met 'n paar redelik uitgebreide besluitnemingsmeganismes. Sommige virusse sal byvoorbeeld kies om die sel waarin hulle gewoon het te verlaat as hulle DNA-skade opspoor. Nie eers virusse, blyk dit, hou daarvan om in 'n sinkende skip te bly nie.
My laboratorium het die molekulêre biologie bestudeer van bakteriofage, of fage vir kort, die virusse wat bakterieë infekteer, vir meer as twee dekades. Onlangs het ek en my kollegas het getoon dat fage kan luister vir sleutel sellulêre seine om hulle te help in hul besluitneming. Nog erger, hulle kan die sel se eie “ore” gebruik om vir hulle te luister.
Ontsnap van DNA-skade
As die vyand van jou vyand jou vriend is, is fage beslis jou vriende. Fage beheer bakteriese populasies in die natuur, en klinici gebruik hulle toenemend om bakteriële infeksies te behandel wat nie op antibiotika reageer nie.
Die faag wat die beste bestudeer is, lambda, werk 'n bietjie soos MIV. Wanneer lambda die bakteriële sel binnegaan, besluit om die sel te repliseer en dood te maak, soos die meeste virusse doen, of om homself in die sel se chromosoom te integreer, soos MIV doen. As laasgenoemde, repliseer lambda skadeloos met sy gasheer elke keer as die bakterieë verdeel.
Hierdie video wys 'n lambda-faag wat E. coli besmet.
Maar, soos MIV, sit lambda nie net ledig nie. Dit gebruik 'n spesiale proteïen genaamd CI soos 'n stetoskoop om te luister vir tekens van DNA-skade binne die bakteriese sel. As die bakterie se DNA gekompromitteer word, is dit slegte nuus vir die lambda-faag wat daarin nesgemaak is. Beskadigde DNA lei reguit na evolusie se stortingsterrein omdat dit nutteloos is vir die faag wat dit nodig het om voort te plant. Dus skakel lambda sy replikasie-gene aan, maak kopieë van homself en bars uit die sel om te soek na nog onbeskadigde selle om te besmet.
Tik op die sel se kommunikasiestelsel
Sommige fage, in plaas daarvan om inligting met hul eie proteïene te versamel, tik op die besmette sel se eie DNA-skadesensor: LexA.
Proteïene soos CI en LexA is transkripsie faktore wat gene aan- en afskakel deur te bind aan spesifieke genetiese patrone binne die DNS-instruksieboek wat die chromosoom is. Sommige fage soos Coliphage 186 het uitgepluis dat hulle nie hul eie virale CI-proteïen nodig het as hulle 'n kort DNS-volgorde in hul chromosome het waaraan bakteriese LexA kan bind nie. By die opsporing van DNA-skade, sal LexA die faag se repliseer-en-dood-gene aktiveer, wat die sel in wese dubbelkruis om selfmoord te pleeg terwyl die faag toegelaat word om te ontsnap.
Wetenskaplikes het die eerste keer CI se rol in die besluitneming van fage gerapporteer in die 1980s en Coliphage 186 se teen-intelligensie-truuk in die laat 1990's. Sedertdien was daar 'n paar ander verslae van fage wat bakteriese kommunikasiestelsels afluister. Een voorbeeld is faag phi29, wat sy gasheer se transkripsiefaktor ontgin om op te spoor wanneer die bakterie gereed maak om 'n spoor, of 'n soort bakteriese eier te genereer in staat om uiterste omgewings te oorleef. Phi29 gee die sel opdrag om sy DNA in die spoor te verpak, wat die ontluikende bakterieë doodmaak sodra die spoor ontkiem.
Transkripsiefaktore skakel gene aan en af.
In ons onlangs gepubliseerde navorsing, wys ek en my kollegas dat verskeie groepe fage onafhanklik die vermoë ontwikkel het om nog 'n ander bakteriese kommunikasiestelsel te benut: die CtrA-proteïen. CtrA integreer verskeie interne en eksterne seine om verskillende ontwikkelingsprosesse in bakterieë aan die gang te sit. Sleutel hiervan is die produksie van bakteriese aanhangsels genoem flagella en pili. Dit blyk dat hierdie fage hulself aan die pili en flagella van bakterieë heg om hulle te besmet.
Ons leidende hipotese is dat fage CtrA gebruik om te raai wanneer daar genoeg bakterieë naby sportpili en flagella sal wees wat hulle maklik kan besmet. 'n Mooi slim truuk vir 'n "mindless moordenaar."
Dit is nie die enigste fage wat uitgebreide besluite neem nie - alles sonder die voordeel om selfs 'n brein te hê. Sommige fage wat besmet Bacillus bakterieë produseer 'n klein molekule elke keer as hulle 'n sel besmet. Die fage kan hierdie molekule waarneem en dit gebruik tel die aantal faaginfeksies rondom hulle plaasvind. Soos uitheemse indringers, help hierdie telling om te besluit wanneer hulle hul repliseer-en-dood-gene moet aanskakel, wat slegs doodmaak wanneer gashere relatief volop is. Op hierdie manier maak die fage seker dat hulle nooit sonder gashere opraak om te besmet en hul eie langtermyn-oorlewing te waarborg nie.
Bestryding van virale teenintelligensie
Jy wonder dalk hoekom jy moet omgee vir die teen-intelligensie-operasies wat deur bakteriese virusse bestuur word. Terwyl bakterieë baie verskil van mense, is die virusse wat hulle besmet nie so anders nie van die virusse wat mense besmet. Min of meer elke truuk wat deur fage gespeel word, is later bewys dat dit deur menslike virusse gebruik word. As 'n fage bakteriese kommunikasielyne kan tik, hoekom sal 'n menslike virus nie joune tik nie?
Tot dusver weet navorsers nie waarna menslike virusse kan luister as hulle hierdie lyne kaap nie, maar baie opsies kom na vore. Ek glo dat menslike virusse, soos fage, moontlik hul getalle kan tel om strategies te maak, selgroei en weefselvorming op te spoor en selfs immuunreaksies te monitor. Vir nou is hierdie moontlikhede slegs spekulasie, maar wetenskaplike ondersoek is aan die gang.
Om virusse te hê wat na jou selle se private gesprekke luister, is nie die rooskleurigste van prente nie, maar dit is nie sonder 'n silwer randjie nie. Soos intelligensie-agentskappe regoor die wêreld goed weet, werk teenintelligensie net wanneer dit geheimsinnig is. Sodra dit opgespoor is, kan die stelsel baie maklik uitgebuit word om verkeerde inligting aan jou vyand te verskaf. Net so glo ek dat toekomstige antivirale terapieë moontlik konvensionele artillerie, soos antivirale middels wat virale replikasie voorkom, kan kombineer met inligtingsoorlogvoering, soos om die virus te laat glo dat die sel waarin dit is, aan 'n ander weefsel behoort.
Maar, stil, moenie vir iemand sê nie. Virusse kan luister!
Oor Die Skrywer
Ivan Erill, Medeprofessor in Biologiese Wetenskappe, Universiteit van Maryland, Baltimore County
Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.
Verwante Boeke:
Die liggaam hou die telling: brein gees en liggaam in die genesing van trauma
deur Bessel van der Kolk
Hierdie boek ondersoek die verbande tussen trauma en fisiese en geestelike gesondheid, en bied insigte en strategieë vir genesing en herstel.
Klik vir meer inligting of om te bestel
Asem: Die nuwe wetenskap van 'n verlore kuns
deur James Nestor
Hierdie boek verken die wetenskap en praktyk van asemhaling, en bied insigte en tegnieke vir die verbetering van fisiese en geestelike gesondheid.
Klik vir meer inligting of om te bestel
Die plantparadoks: die verborge gevare in "gesonde" kosse wat siektes en gewigstoename veroorsaak
deur Steven R. Gundry
Hierdie boek ondersoek die verbande tussen dieet, gesondheid en siekte, en bied insigte en strategieë vir die verbetering van algehele gesondheid en welstand.
Klik vir meer inligting of om te bestel
Die immuniteitskode: die nuwe paradigma vir werklike gesondheid en radikale anti-veroudering
deur Joel Greene
Hierdie boek bied 'n nuwe perspektief op gesondheid en immuniteit, met die beginsels van epigenetika en bied insigte en strategieë vir die optimalisering van gesondheid en veroudering.
Klik vir meer inligting of om te bestel
Die volledige gids tot vas: genees jou liggaam deur intermitterende, alternatiewe dag en verlengde vas
deur Dr Jason Fung en Jimmy Moore
Hierdie boek verken die wetenskap en praktyk van vas en bied insigte en strategieë vir die verbetering van algehele gesondheid en welstand.
