ویروس ها از توانایی تشخیص محیط برای افزایش کارایی عفونی خود استفاده می کنند


تحقیقات جدید به رهبری UMBC در مرزها در میکروبیولوژی این نشان می‌دهد که ویروس‌ها از اطلاعات محیط خود برای «تصمیم‌گیری» استفاده می‌کنند که چه زمانی میزبان خود را تسخیر کنند و چه زمانی تکثیر شوند، منفجر شوند و سلول میزبان را بکشند. این کار پیامدهایی برای توسعه داروهای ضد ویروسی دارد.

ایوان آرل، استاد علوم زیستی و نویسنده ارشد تحقیق جدید، می‌گوید توانایی ویروس در حس کردن محیط خود، از جمله عناصر تولید شده توسط میزبان، “لایه دیگری از پیچیدگی را به تعامل ویروس با میزبان اضافه می‌کند.” در حال حاضر، ویروس ها از این توانایی به نفع خود استفاده می کنند. او می گوید، اما در آینده می توانیم از آن به ضرر آنها سوء استفاده کنیم.

تصادفی نیست

مطالعه جدید روی فاژها متمرکز بود – ویروس هایی که باکتری ها را آلوده می کنند که اغلب به آنها “فاژ” می گویند. فاژهای مورد بحث تنها زمانی می توانند میزبان خود را آلوده کنند که سلول های باکتری دارای زائده های خاصی به نام رشته ها و تاژک ها باشند که به حرکت و جفت شدن باکتری کمک می کند. باکتری ها پروتئینی به نام CtrA تولید می کنند که زمان تولید این پولیپ ها را کنترل می کند. مقاله جدید نشان می‌دهد که بسیاری از فاژهای وابسته به مکمل، الگوهایی در DNA خود دارند که پروتئین CtrA می‌تواند به آن‌ها متصل شود که به آن مکان‌های اتصال می‌گویند. آریل می گوید که فاژی که به پروتئین تولید شده توسط میزبانش متصل می شود غیرعادی است.

شگفت انگیزتر از همه، آریل و اولین نویسنده مقاله الیا ماسکولویک دانشجوی دکترا در آزمایشگاه آریل، از طریق تجزیه و تحلیل دقیق ژنومی دریافته است که این مکان های اتصال منحصر به یک فاژ یا حتی یک گروه منفرد از فاژها نیستند. بسیاری از انواع مختلف فاژها دارای محل اتصال CtrA هستند. اما همه آنها به رشته ها و/یا تاژک نیاز داشتند تا میزبان خود را آلوده کنند. آنها به این نتیجه رسیدند که این نمی تواند تصادفی باشد.

Ariel می گوید، توانایی نظارت بر سطوح CtrA “بارها در طول تکامل توسط فاژهای مختلف که باکتری های مختلف را آلوده می کنند اختراع شد.” هنگامی که گونه های نزدیک به دور یک ویژگی مشابه را نشان می دهند، به آن تکامل همگرا می گویند، که نشان می دهد این ویژگی قطعاً مفید است.

زمان بندی همه چیز است

چین و چروک دیگری در داستان: اولین وقفه ای که در آن تیم تحقیقاتی مکان های اتصال CtrA را شناسایی کردند که گروه خاصی از باکتری ها به نام Caulobacterales را آلوده می کنند. Caulobacterales گروهی از باکتری‌ها هستند که به خوبی مطالعه شده‌اند، زیرا به دو شکل وجود دارند: یک شکل “ازدحامی” که آزادانه شنا می‌کند و یک شکل “پا” که به سطح می‌چسبد. گله ها دارای رشته/فلک هستند و فاقد دمبرگ هستند. در این باکتری‌ها، CtrA چرخه سلولی را تنظیم می‌کند و تعیین می‌کند که آیا یک سلول به طور مساوی به دو نوع سلول مشابه تقسیم می‌شود یا به طور نامتقارن برای تولید یک سلول ازدحامی و یک سلول بنیادی تقسیم می‌شود.

از آنجایی که فاژها فقط می توانند سلول های ازدحام شده را آلوده کنند، به نفع آنهاست که میزبان خود را تنها زمانی ترک کنند که سلول های ازدحام زیادی برای آلوده کردن وجود دارد. کلوباکتری ها عموماً در محیط های فقیر از مواد مغذی زندگی می کنند و به شدت پراکنده هستند. آریل می‌گوید: «اما وقتی آنها یک جیب خوب از میکروسکوپ پیدا می‌کنند، سلول‌های بنیادی می‌شوند و تکثیر می‌شوند.» در نهایت، آنها مقادیر زیادی سلول فرسوده تولید می کنند.

بنابراین، آریل می‌گوید: “ما فرض می‌کنیم که فاژها سطوح CtrA را که در طول چرخه زندگی سلول افزایش و کاهش می‌یابد، نظارت می‌کنند تا بفهمند چه زمانی یک سلول ازدحام به سلول بنیادی تبدیل می‌شود و به کارخانه ازدحام تبدیل می‌شود.” در آن نقطه، سلول را می شکنند زیرا تعداد زیادی ازدحام در این نزدیکی وجود دارد که نمی توانند آلوده شوند.”

گوش دادن به

متأسفانه، روش اثبات این فرضیه بسیار کار بر و دشوار است، بنابراین بخشی از این مقاله تحقیقاتی اخیر نبود – اگرچه آریل و همکاران امیدوارند در آینده به این سؤال بپردازند. با این حال، تیم تحقیقاتی هیچ توضیح قابل قبول دیگری برای تکثیر محل های اتصال CtrA در بسیاری از فاژهای مختلف نمی بیند، که همگی به رشته/ تاژک نیاز دارند تا میزبان خود را آلوده کنند. آنها خاطرنشان کردند که حتی جالب تر، پیامدهای ویروس هایی است که سایر ارگانیسم ها – حتی انسان ها را آلوده می کنند.

او می‌گوید: «هر آنچه در مورد فاژها می‌دانیم، هر استراتژی تکاملی که آنها توسعه داده‌اند، نشان داده شده است که به ویروس‌هایی تبدیل می‌شوند که گیاهان و حیوانات را آلوده می‌کنند.» “این تقریباً بدیهی است.”

نمونه‌های مستند دیگری از فاژها وجود دارد که محیط خود را به روش‌های جالبی بررسی می‌کنند، اما هیچ‌کدام فاژهای مختلف را با استفاده از استراتژی یکسان علیه میزبان‌های باکتریایی شامل نمی‌شوند.

آریل می گوید: «این تحقیق جدید اولین نمایش در مقیاس بزرگ است که در آن فاژها به آنچه در سلول می گذرد گوش می دهند، در این مورد، از نظر رشد سلولی». اما او انتظار نمونه های بیشتری را در آینده دارد. اکنون، او می‌گوید، اعضای آزمایشگاه او به دنبال گیرنده‌هایی برای سایر مولکول‌های تنظیم‌کننده باکتری در فاژها هستند – و آنها را پیدا می‌کنند.

درمان های جدید

آریل می‌گوید نکته کلیدی این تحقیق این است که «ویروس‌ها از هوش سلولی برای تصمیم‌گیری استفاده می‌کنند، و اگر این اتفاق در باکتری‌ها رخ دهد، تقریباً به طور قطع در گیاهان و حیوانات نیز اتفاق می‌افتد، زیرا اگر این یک استراتژی تکاملی منطقی باشد، تکامل آن را تشخیص می‌دهد. و از آن بهره برداری خواهد کرد.”

برای مثال، برای بهبود استراتژی بقا و تولید مثل، یک ویروس حیوانی ممکن است بخواهد بداند که در چه نوع بافتی قرار دارد یا پاسخ ایمنی میزبان به عفونت چقدر قوی است. در حالی که فکر کردن به همه اطلاعاتی که ویروس‌ها می‌توانند جمع‌آوری کنند و احتمالاً از آنها برای بیمار کردن ما استفاده کنند، نگران‌کننده است، این اکتشافات همچنین راه‌هایی را برای درمان‌های جدید باز می‌کنند.

آریل می گوید: «اگر در حال تولید یک داروی ضد ویروسی هستید و می دانید که ویروس به سیگنال خاصی گوش می دهد، ممکن است بتوانید ویروس را فریب دهید. با این حال، این مراحل بسیار کمی هستند. آریل می‌گوید: «ما تازه شروع کرده‌ایم به درک اینکه ویروس‌ها چگونه به طور مؤثر به ما نگاه می‌کنند – چگونه آنها بر آنچه در اطرافشان می‌گذرد نظارت می‌کنند و بر اساس آن تصمیم می‌گیرند. “یک چیز شگفت انگیز.”

منبع:

دانشگاه مریلند، شهرستان بالتیمور

مرجع مجله:

۱۰.۳۳۸۹ / fmicb.2022.918015