Virusten salainen sosiaalinen elämä

geneetikko Rotem Sorek saattoi nähdä, että hänen bakteerinsa olivat sairaita-toistaiseksi niin hyviä. Hän oli tartuttanut heidät tahallaan viruksella testatakseen, onko jokainen sairas mikrobi Soldier yksin vai kommunikoi liittolaistensa kanssa taistellakseen hyökkäystä vastaan.,

Mutta kun hän ja hänen tiiminsä Weizmann Institute of Science Rehovot, Israel, tutkinut sisältöä niiden pullot, he näkivät jotain täysin odottamatonta: bakteerit olivat hiljaa, ja se oli viruksia, jotka olivat chattering pois, kulkee muistiinpanoja toisiinsa molekyyli kielen vain he voivat ymmärtää. He miettivät yhdessä, kun matalaa vastaanottavassa solussa ja kun jäljitellä ja purskahti, etsimään uusia uhreja.

– Se oli vahingossa löytö, joka muuttaisi oleellisesti tutkijoiden ymmärrystä siitä, miten virukset käyttäytyvät.,

– Viruksia, jotka tartuttaa bakteerit — kiukkuinen lollipop-kuin olentoja tunnetaan bakteriofagit (tai faagit) — on valvonnan mekanismeja, jotka tuovat heille tietoa, onko pysyä lepotilassa tai hyökkäys, riippuen saatavuudesta uusia uhreja. Mutta tutkijat kauan luulin, että nämä prosessit olivat passiivisia, että faagien tuntui vain istua ja kuunnella, odottaa bakteeri-hätäraketit päästäisiin kuume-pitch ennen toimiin ryhtymistä.

Sorek kollegoineen oli havainnut fagien keskustelevan aktiivisesti valinnoistaan., He tajusivat, että faagin infektoi solun, se vapauttaa pieni proteiini — peptidi vain kuusi aminohappoa pitkä — että toimii viestin sen veljet: ”olen ottanut uhri”. Koska faagit tartuttaa enemmän soluja, viesti menee kovempaa, merkinanto -, että tartuntaa isännät ovat käymässä vähiin. Faagien sitten lopettamaan lysis — prosessi jakautuu ja murtaa pois heidän hosts — sen sijaan pysyä piilossa hidas valtio nimeltä lysogeny1.

selvisi, että virukset eivät olleet riippuvaisia bakteerien tekemistä päätöksistään. He hallitsivat omaa kohtaloaan., ”Tämä havainto oli tärkeä, vallankumouksellinen käsite virologian”, sanoo Wei Cheng, rakenteellinen mikrobiologi Sichuanin Yliopisto, Chengdu, Kiina.

Sorek nimetty tämän viruksen peptidi ’arbitrium’, kun latinan sanasta päätöksen. Se tuntui toimivan aivan kuten communication system käyttää bakteeri — päätösvaltaisuus tunnistus — jakaa tietoa solu tiheyden ja säätää väestölle vastaavasti. Se oli kuitenkin ensimmäinen kerta, kun kukaan oli osoittanut tällaista molekyyliviestintää viruksissa., Ja se sopi syntymässä kuva viruksia yhtä paljon kehittyneempiä yhteiskunnallisten toimijoiden kuin tutkijoiden oli antanut heille kunnian.

Virologit ovat jo pitkään tutkineet niiden aiheista erikseen, kohdistaminen soluja, joilla on vain yksi virus hiukkanen. Mutta se on tullut yhä selvemmäksi, että monet virukset yhteistyötä, liittoutua tekemään yhteistyötä tartuttaa isännät ja murtaa viruslääke immuuni puolustuksemme.

seuraus on, että tutkijat olisi ollut menossa heidän kokeiluja väärin., ”Se on ravistellut yhtä virologian pilaria”, sanoo Sam Díaz-Muñoz, Kalifornian yliopiston evoluutiobiologi Davis.

kielen Oppiminen takana virus vuorovaikutusta voisi ilmoittaa suunnitella uusia hoitoja syöpään ja ilkeä aiheuttamat superinfektiot. Virusten sosiaalinen mieltymys auttaa jopa selittämään, miten ne välttelevät CRISPR-nimellä tunnettua bakteerin immuunijärjestelmää. ”Käsitteellisesti se on todella voimakas”, Díaz-Muñoz sanoo.,

yhteiskuntaoppi

Tutkijat ensimmäinen vakoilla viruksia ja sekoittamaan vuonna 1940, kun erillisiä kokeita, joita biofyysikko Max Delbrück ja bacteriologist Alfred Hershey osoitti, että kaksi viruspartikkelien voisi samanaikaisesti hyökätä samaan selliin ja vaihtaa geenejä. Mutta mukaan Dale Kaiser, molekyyli geneetikko Stanfordin Yliopistossa Kaliforniassa ja suojatti Delbrück on, nämä varhaiset havainnot olivat vain todella mielenkiintoista tutkijat kokeellinen menetelmä — ne saa tutkijat luoda rajat kahden viruksen kantoja. Merkitystä perusbiologian kannalta jäi kaipaamaan.,

vasta vuonna 1999 kukaan ei kiinnittänyt huomiota siihen, mitä yhteistyötä viruksille itselleen tehtiin. Joka vuosi, evoluution biologit Paul Turner, nyt Yalen Yliopistossa New Havenissa, Connecticutissa, ja Lin Chao, nyt University of California, San Diego, osoitti, että faagien pelata oman versionsa vangin dilemma strategia peli, joka toimii yhteistyössä tietyissä olosuhteissa, ja joka toimii omien etujensa mukaisesti others2.,

Muita esimerkkejä hyötyä virusperäisen vuorovaikutus seurasi, mukaan lukien ne, jotka mukana taudinaiheuttajia vastuussa sairauksia, kuten hepatiitti, polio, tuhkarokko ja influenssa. Ne tapahtuivat usein eri viruskantojen välillä, joilla oli yhteinen intressi lisätä omia lisääntymismahdollisuuksiaan., Mutta molekyyli perusteella ne, osuuskunta ominaisuuksia — menetelmä, viestintä — oli pitkälti pysynyt hämäräksi. Ja kuten Espanjan Valencian yliopistossa työskentelevä evolutionaarinen geneetikko Rafael Sanjuán huomauttaa: ”’miten’ on tässä todella tärkeää.”

siksi välimieslöytö oli niin iso askel eteenpäin kentälle.,

Melkein heti sen jälkeen Sorek ensimmäinen kuvattu ilmiö, vuonna 2017, neljä riippumattomien ryhmien — myös Cheng ja yksi johti rakenteellisen biologi Alberto Marina Biolääketieteen Instituutti, Valencia, Espanja — työhön yrittää paljastaa molekyylitason perustan, jonka arbitrium peptidejä on tehty, aisti ja toiminut faagien.

tekniset tiedot, raportoitu viisi papers3–7 viimeisten yhdeksän kuukauden aikana, auttanut selittää, kuinka lyhyitä peptidejä Sorek löysi vaikuttaa virus päätöksentekoon., Marinan kohdalla tämä on kuitenkin vasta tarinan alku: hän epäilee, että viestintäjärjestelmä palvelee todennäköisesti monia muitakin toimintoja.

Marinan epäily nojaa löydökseen jostakin näistä papereista6. Työskennellyt José Penadés, mikrobiologi University of Glasgow, UK, Marina osoitti, että reseptorin arbitrium vuonna faagi voi käyttöliittymä ei vain geenien bakteeri, joka auttaa virus lisääntymään, mutta myös muita, liity DNA: n pätkiä. Tämä tarkoittaa, että sen toiminta ei välttämättä rajoitu viruksen stay-or-go-päätökseen., Tutkijat ovat nyt tutkitaan, onko faagin on peptidi kieli muuttaa toimintaa keskeisten geenien sen uhri, liian. ”Jos se olisi totta”, Marina sanoo, ” tämä tekisi kuvasta paljon suuremman ja jännittävämmän.”

Laajentaa hänen oma ensimmäinen löytö, Sorek on löytänyt arbitrium peptidejä popping kaikkialla. Hänen ryhmänsä on nyt löytänyt ainakin 15 erilaista fagilajia, jotka kaikki voivat tartuttaa maaperän mikrobeja ja käyttää jonkinlaista lyhyttä peptidiä8. Erityisesti Sorekin mukaan ”jokainen vaihe näyttää puhuvan eri kielellä ja ymmärtää vain omaa kieltään”., Viraalinen chit-chat näyttää siis kehittyneen niin, että se mahdollistaa yhteydenpidon vain lähisukulaisten välillä.

faagit saattavat puhua vain omalle lajilleen, mutta he voivat kuunnella myös muilla kielillä. Molekyylibiologi Bonnie Bassler ja hänen jatko-opiskelija Justin Silpe ovat havainneet, että viruksia voi käyttää koorumin tunnistava kemikaaleja vapautuu bakteerien määrittämiseksi, milloin on paras aloittaa kertomalla — ja murdering9. ”Että faagit ovat salakuuntelu, ja he kaappaus-isäntä tiedot omiin tarkoituksiin — tässä tapauksessa, tappaa isännän,” Bassler kertoo.,

tämä molekyylinarkaus tapahtuu luonnostaan faaseissa, jotka tartuttavat kolerasta vastaavan bakteerin, Vibrio choleraen. Mutta niiden lab Princetonin Yliopistossa New Jerseyssä, Bassler ja Silpe on suunniteltu ”vakooja” faagit, joka aistii signaaleja ainutlaatuinen muiden mikrobien, mukaan lukien Escherichia coli-ja Salmonella typhimurium, ja hävittää ne. Viruksista tuli itse asiassa ohjelmoitavia salamurhaajia, jotka voitiin tehdä tappamaan mikä tahansa bakteeri — tahdosta ja pyynnöstä.

hyvän

Joitakin virus yhteistyö näyttää lähestulkoon altruismi., Kaksi riippumatonta ryhmää ilmoitti viime vuonna, että jotkut fagit toimivat epäitsekkäästi Pseudomonas-bakteria10,11-bakteerin virustorjuntatoimien voittamiseksi.

joukkueet — yksi johti faagin biologi Joe Bondy-Denomy University of California, San Francisco, muut CRISPR asiantuntija Edze Westra ja virologi Stineke van Houte University of Exeter, UK — katselin, kun virukset pommitetaan bakteerit erikoistunut proteiineja suunniteltu hajottamaan soluja’ CRISPR-perustuu immuunijärjestelmän puolustuksemme. Ensimmäinen virusten Aalto hyökkäsi soluihin tappaen itsensä, mutta myös heikentäen bakteereita., Ensimmäinen pommitus tasoitti tietä muille valloittaa mikrobien vihollinen. ”Niiden faagien täytyi olla siellä ja kuolla ja tuottaa Antipriskejä, ennen kuin toinen faagi voisi tulla ja onnistua”, Bondy-Denomy sanoo.

follow-up työtä, Westra ja hänen tutkijatohtori Anne Chevallereau osoitti, miten faagien puuttuu nämä anti-CRISPR proteiinit voivat hyödyntää osuuskunnan tarjontaa muille, että do12. Westralle tämä osoittaa, miten pitkälle altruistinen käyttäytyminen voi vaikuttaa virusten keskuudessa. ”Väestötasolla on paljon emergenttejä ominaisuuksia”, hän sanoo., ”On erittäin tärkeää pitää näiden faagien ekologia mielessä.”

Näitä esimerkkejä viestinnän ja yhteistyön faagit ovat luultavasti vain jäävuoren sosiaalisen keihäs, sanoo Wrighteagle Zeng, biofyysikko Texas&M-Yliopiston Center for Faagin Teknologian College Station. ”Tämä on koko tutkimaton alue.”Ja sama koskee viruksia, jotka tartuttavat muita solutyyppejä-myös eläin-ja ihmissoluja-jotka käyttävät omia sosiaalisia temppujaan.,

ota vesicular stomatitis-virus (VSV), joka tarttuu pääasiassa tuotantoeläimiin, mutta voi aiheuttaa influenssan kaltaisen sairauden myös ihmisillä. Tämän viruspatogeenin hiukkaset tukahduttavat isännän immuniteetin omakustannushintaan, mutta ryhmän eduksi, kuten Sanjuán kollegoineen on maininnut13. Kukaan ei ole vielä varma, miten tämä yhteistyöhaluinen välttely tapahtuu, mutta teos korostaa, kuinka ratkaisevaa altruismi voi olla VSV: n menestyksen kannalta. Se voisi auttaa tutkijoita voittamaan viruksen tuotantoeläimillä ja optimoimaan sen käytettäväksi rokotteissa ja terapeuteissa.,

muut joukkotoimintatapaukset ovat yleisiä tauteja aiheuttavissa viruksissa. Vuonna poliovirus, esimerkiksi, useita geneettisesti eri virus-kannat voivat kasautua yhteen swap-geenin tuotteita, ja parantaa niiden ihmisten-cell-tappaminen potential14. Ja kaksi influenssakantaa — toinen, joka on erinomainen solun sisäänmenossa, toinen solun ulostulossa-kasvavat paremmin, kun niitä pidetään soluviljelmässä yhdessä kuin säilytettyä15.

mutta todellisessa ympäristössä, influenssaa sairastavien nenäpyyhkeissä, nämä kaksi viruskantaa eivät tuntuneet olevan rinnakkain16., Jesse Kukkivat Fred Hutchinson Cancer Research Centerissä Seattlessa, Washington, joka johti tutkimusta, ajattelee, että on joitakin erityispiirteitä flunssa virus’ elämän — sen väestön koko keinut niin villisti, että osuuskunta hiukkasia on ohut mahdollisuus pysyä yhdessä. Viruksia, jotka eivät voi suorittaa näitä erilaisia sähkönsiirron pullonkaulat, ”yhteistyötä voisi olla enemmän todennäköisesti säilytettävä reaalimaailman asetukset”, hän sanoo.

juuri sitä mikroskopisti Nihal Altan-Bonnet löysi tutkiessaan rotaviruksen tarttumista hiirenpoikasten välillä., Rotavirus hiukkaset voivat matkustaa yhdessä solujen välillä kupla-kuten rakkulat, resurssien jakaminen ja piilossa isännän immuunijärjestelmää. Altan-Bonnet kollegoineen on osoittanut, että hiukkaset tarttuvat hiiriin helpommin, kun ne ovat näiden yhteistoiminnallisten klustereiden sisällä, kuin kun ne menevät alone17.

Monet muut patogeeniset virukset — mukaan lukien ne, jotka ovat vastuussa Zika, hepatiitti, vesirokko, norovirus ja flunssa — ovat nyt tiedossa välittää itsensä kautta nämä rakkulat, liian.,

”Nämä virukset ovat erittäin ovela”, sanoo Altan-Konepelti, joka johtaa Laboratorio Isännän ja Patogeenin Dynamiikka YHDYSVALTAIN National Heart, Lung, ja Blood Institute Bethesda, Maryland. ”Ja meidän on keksittävä strategioita, jotka häiritsevät tätä yhteistyötä ja virusten ryhmittymistä.”

eli ellei virusten tuhoavaa voimaa voisi käyttää hyväksi., Useat ryhmät ovat testaus faagien hoitoon bakteeri-infektiot — ja tietää enemmän siitä, miten he ovat kanssakäymisissä toistensa kanssa voi auttaa tarkentaa näitä hoitoja, joilla on pitkä historia lääketieteessä, mutta ovat vasta alkaneet manipuloida terapeuttista hyötyä.

Harjoittaa faagin

Viime kuussa, esimerkiksi, tutkijat kuvattu ensimmäisen onnistuneen kliinisen käytön geneettisesti faagien puuttua huumeiden resistenttien bakteeri-infection18. Tämänkaltaisten infektioiden kannalta ihanteellinen ratkaisu on tietenkin käyttää virusta bakteerien tuhoamiseen kokonaan., Mutta olosuhteet, jotka ovat merkitty mikrobien epätasapaino, kuten akne, joidenkin syöpien ja tulehduksellinen suolistosairaus, se voi olla parempi sijoittaa faagi, joka voi auttaa palauttamaan tasapainon ilman all-out hyökkäys.

Ja niille, hienovaraisempia sovelluksia, tietämättä tarkalleen, kuinka virukset kommunikoida ”voisi olla todella hyödyllinen auttaa meitä insinööri faagit, joita voidaan käyttää sairauden hoitoon”, sanoo Karen Maxwell, faagi biologi Yliopistossa Torontossa, Kanadassa. Hyödyntämällä arbitrium järjestelmä voisi siten johtaa enemmän mukautuva, tai jopa palautuvia, hoitoja.,

viruksen puhumisen opettelusta voisi olla myös toisenlaista terapeuttista hyötyä. ”Tämä voisi olla lisäksi synteettisen biologian toolkit auttaa hienosäätää suunniteltu bakteeri-geenin ilmentyminen,” sanoo Christopher Alteri, mikrobiologi University of Michigan Dearborn.

Sorek, esimerkiksi, on ottanut arbitrium peptidejä pois niiden luonnollinen elinympäristö faagin ja liitimme ne osaksi muita organismeja, missä he toimivat kuten himmentimiä, että dial-up-tai vaimentaa geenin toimintaa., Vuonna julkaisematon työ, hän ja hänen jatko-opiskelija Zohar Erez lisätään arbitrium koneet osaksi bakteeri Bacillus subtilis, joiden avulla ne voivat manipuloida useita sen geenit tulee. Muokattuja mikrobeja voitaisiin jonain päivänä käyttää esimerkiksi lääkkeiden toimittamiseen täsmäannoksina tai tiettyihin paikkoihin.,

Mitä enemmän, toteaa Sorek, jos arbitrium-järjestelmissä, kuten osoittautua säilytetty ihmisen viruksia — taudinaiheuttajia kuten HIV ja herpes simplex-virus, joka, kuten faagit, viettää osia heidän elämäänsä piilossa soluissa — sitten kaikki viestintä molekyyli, joka kehottaa virus lepokauden ”tulee heti lääke”.

Jokainen tieteellinen projekti, joka jatkuu saa ’-logia’, ja tutkimus seurallinen viruksia ei ole eroa., Kaksi vuotta sitten, Díaz-Muñoz, Sanjuán ja evoluutiobiologi Stu West University of Oxford, iso-BRITANNIA, coined19 uusi termi — sociovirology — tarjota puitteet niiden tutkimusta. American Society for Microbiology isännöi ensimmäistä aihetta käsittelevää työpajaa tämän kuun vuosikokouksessaan San Franciscossa. ”Se on ajatus, jonka aika on tullut”, Díaz-Muñoz sanoo.,

sociovirology, hän näkee monia yhtäläisyyksiä asteittainen hyväksyminen vastaavan ryhmän käyttäytymistä keskuudessa bakteerit vuotta aiemmin: se ei ollut, kunnes tutkijat toivat esiin kemikaalien mukana päätösvaltaisuus tunnistus ja laittaa nimen prosessi, että useimmat mikrobiologeja maksettu ilmiön mitään huomiota.

”se ei ole tietoisuudessa”, Díaz-Muñoz sanoo. Mutta kuten kaikissa sosiaalisissa ja viraalisissa asioissa, viesti leviää.