A vírusok titkos társadalmi élete

Rotem Sorek genetikus látta, hogy baktériumai betegek-eddig olyan jók. Szándékosan megfertőzte őket egy vírussal, hogy tesztelje, minden beteg mikroba egyedül katona-e, vagy kommunikált szövetségeseivel a támadás leküzdésére.,

De amikor ő és csapata a Weizmann Institute of Science in Rehovot, Izrael, nézett a tartalmát a lombikok, láttak valami teljesen váratlan: a baktériumok hallgattak, és ez volt a vírusok, amelyek fecsegett el, átadva jegyzetek egymásnak molekuláris nyelven csak tudták megérteni. Együtt döntöttek arról, hogy mikor feküdjenek le a gazdasejtben, és mikor replikáljanak és törtek ki, új áldozatok után kutatva.

véletlen felfedezés volt, amely alapvetően megváltoztatja a tudósok megértését a vírusok viselkedéséről.,

a baktériumokat megfertőző vírusok-a bakteriofágok (vagy fágok) néven ismert tüskés nyalóka — szerű lények-felügyeleti mechanizmusokkal rendelkeznek, amelyek információt szolgáltatnak arról, hogy alvó állapotban maradnak-e vagy támadnak-e, a friss áldozatok elérhetőségétől függően. De a kutatók régóta úgy gondolták, hogy ezek a folyamatok passzívak; úgy tűnt, hogy a fágok csak hátradőlnek és hallgatnak, várva, hogy a bakteriális vészjelek elérjék a lázmagasságot, mielőtt cselekednének.

Sorek és kollégái úgy találták, hogy a fágok aktívan vitatják meg döntéseiket., Rájöttek, hogy mivel a fág megfertőzi a sejtet, felszabadít egy apró fehérjét — egy peptidet, amely csak hat aminosav hosszú -, amely üzenetként szolgál testvéreinek:”áldozatot vettem”. Ahogy a fágok több sejtet fertőznek meg, az üzenet hangosabbá válik, jelezve, hogy a nem fertőzött házigazdák egyre szűkösek. A fágok ezután leállították a lízis-a replikációs és kitörési folyamat a házigazdák – helyett marad rejtve egy lassú állapot nevű lysogeny1.

kiderült, hogy a vírusok nem függtek a bakteriális jelektől a döntéseik meghozatalához. Ők irányították a saját sorsukat., “Ez a megállapítás nagy, fontos, forradalmi koncepció volt a virológiában” – mondja Wei Cheng, a kínai Chengdu-I Sichuan Egyetem szerkezeti mikrobiológusa.

Sorek ezt a vírusos peptidet “arbitrium” – nak nevezte, miután a latin szó döntést hozott. Úgy tűnt, hogy ugyanúgy működik, mint a baktériumok által használt kommunikációs rendszer-kvórumérzékelés -, hogy megosszák a sejtsűrűséggel kapcsolatos információkat, és ennek megfelelően igazítsák a populációt. Mégis ez volt az első alkalom, hogy valaki ilyen molekuláris üzenetküldést mutatott be a vírusokban., A vírusokról pedig egy olyan új kép is készült, amely sokkal kifinomultabb szociális ügynököket ábrázol, mint a tudósok.

a virológusok már régóta tanulmányozták alanyaikat elszigetelten,csak egyetlen vírusrészecskével rendelkező sejteket célozva. De egyre világosabbá válik, hogy sok vírus együttműködik, összefogva a gazdaszervezetek közös megfertőzésére és az antivirális immunvédelem lebontására.

a következtetés az, hogy a kutatók valószínűleg rosszul mentek kísérleteikre., “Megrázta a virológia egyik pillérét”-mondja Sam Díaz-Muñoz, a Davis Kaliforniai Egyetem Evolúciós biológusa.

a vírusinterakciók mögött meghúzódó nyelv megtanulása a rák és a csúnya felülfertőződések új kezelési módjainak kidolgozását jelentheti. A vírusok társadalmi hajlamai még segítenek megmagyarázni, hogyan kerülik el a CRISPR néven ismert bakteriális immunrendszert. “Fogalmilag nagyon erős” -mondja Díaz-Muñoz.,

társadalmi tanulmányok

a tudósok először az 1940-es években kémkedtek a vírusok keveredésével, amikor Max Delbrück biofizikus és Alfred Hershey bakteriológus külön kísérletei kimutatták, hogy két vírusrészecske egyszerre támadhatja meg ugyanazt a sejtet és cseregént. Dale Kaiser, a kaliforniai Stanford Egyetem Molekuláris genetikusa és Delbrück védője szerint ezek a korai megfigyelések csak kísérleti módszerként voltak igazán érdekesek a tudósok számára — lehetővé tették a kutatók számára, hogy keresztet hozzanak létre két vírus törzs között. Az alapvető biológia relevanciája hiányzott.,

csak 1999-ben vette észre bárki, hogy milyen együttműködést sikerült elérni a vírusok számára. Abban az évben, evolúciós biológusok Paul Turner, most már a Yale Egyetemen, New Haven, Connecticut, de Lin Chao, a University of California, San Diego, azt mutatta, hogy a fágok játszani a saját verzióját a fogoly dilemma stratégiai játék, a partnerség bizonyos körülmények között lép fel a csak a saját érdekeit others2.,

további példák a jótékony vírus kölcsönhatásokra, beleértve azokat is, amelyek olyan betegségekért felelősek, mint a hepatitis, polio, kanyaró és influenza. Gyakran került sor a különböző vírustörzsek, hogy volt egy közös érdeke, hogy növeljék a saját szaporodási esélyeit., De ezeknek a kooperatív tulajdonságoknak a molekuláris alapja — a kommunikáció módja-nagyrészt megfoghatatlan maradt. Ahogy Rafael Sanjuán, a spanyolországi Valencia Egyetem Evolúciós genetikusa rámutat: “a” Hogyan ” itt nagyon fontos.”

ezért volt az arbitrium felfedezése olyan nagy előrelépés a mező számára.,

után Szinte azonnal Sorek elsőként írta le a jelenséget, 2017-ben, négy független csoportok — köztük a Cheng egy vezetésével szerkezeti biológus Alberto Marina az Orvosbiológiai Intézet Valencia Spanyolország — annak beállítása, hogy megpróbálják feltárni a molekuláris alapját, amely arbitrium peptidek készült, érezte, valamint döntött a fágok.

az elmúlt kilenc hónapban öt papers3–7-ben jelentett technikai részletek segítettek pontosan megmagyarázni, hogy a rövid peptidek, amelyeket Sorek fedezett fel, hogyan befolyásolják a vírusos döntéshozatalt., Marina számára azonban ez csak a történet kezdete: gyanítja, hogy a kommunikációs rendszer valószínűleg sokkal több funkciót szolgál.

Marina gyanúja az egyik papírban6 található megállapításon alapul. Dolgozó José Penadés, egy mikrobiológus, a University of Glasgow, egyesült KIRÁLYSÁG, Marina azt mutatta, hogy a receptor arbitrium a fág képes felület nem csak a gének, a baktérium, amely segít a vírus reprodukálni, hanem más, független húzódik a DNS-t. Ez azt jelenti, hogy tevékenysége nem korlátozódhat a vírus tartózkodási vagy tartózkodási döntésére., A kutatók most azt vizsgálják, hogy a fág peptid nyelve megváltoztatja-e az áldozat kulcsfontosságú génjeinek aktivitását is. “Ha igaz-mondja Marina -, ez sokkal nagyobbá és izgalmasabbá tenné a képet.”

bővülő saját kezdeti felfedezés, Sorek talált arbitrium peptidek felbukkanó mindenhol. Csapata most legalább 15 különböző fágot talált, amelyek mindegyike megfertőzheti a talaj mikrobáit, és valamilyen rövid peptidet használ a kommunikációhoz8. Nevezetesen, mondja Sorek, “úgy tűnik, hogy minden fág más nyelven beszél, és csak a sajátját érti”., A vírusos chit-chat így úgy tűnik, hogy fejlődött, hogy csak a közeli hozzátartozók közötti kommunikációt teszi lehetővé.

a fágok csak a saját fajtájukkal beszélhetnek,de más nyelveken is hallgathatnak. Bonnie Bassler molekuláris biológus és végzős hallgatója, Justin Silpe azt találták, hogy a vírusok a baktériumok által kibocsátott kvórumérzékelő vegyszereket használhatják annak meghatározására,hogy mikor lehet a legjobban szaporodni-és gyilkolni9. “A fágok hallgatóznak, és saját céljaikra eltérítik a fogadó információkat — ebben az esetben, hogy megöljék a házigazdát” – magyarázza Bassler.,

Ez a molekuláris szaglászás természetesen olyan fágokban fordul elő, amelyek megfertőzik a koleráért felelős baktériumot, a Vibrio cholerae-t. De a laborban a Princeton University, New Jersey-ben, Bassler, valamint Silpe tervezték ‘kém’ fágok, hogy megérzik, egyedi jelek, hogy más mikrobák, beleértve az Escherichia coli, illetve Salmonella typhimurium, illetve pusztítja el őket. A vírus hatása programozható gyilkosokká vált, amelyek bármilyen baktérium elpusztítására képesek-tetszés szerint és igény szerint.

A nagyobb jó érdekében

néhány vírusos együttműködés úgy tűnik, hogy az altruizmus szélén áll., Két független csoport számolt be tavaly, hogy egyes fágok önzetlenül járnak a Pseudomonas bacteria10, 11 vírusos ellenintézkedéseinek leküzdésére.

a csapatok-az egyik Joe Bondy-Denomy fágbiológus vezetésével, a San Francisco-i Kaliforniai Egyetemen, a másik Edze Westra CRISPR szakértő és Stineke van Houte virológus vezetésével, az Egyesült Királyságban, az Exeteri Egyetemen — figyelték, ahogy a vírusok speciális fehérjékkel bombázzák a baktériumokat, amelyek célja a sejtek CRISPR-alapú immunvédelmének lebontása. A vírusok első hulláma megtámadta a sejteket, megölve magukat, de gyengítette a baktériumokat is., A kezdeti bombázás előkészítette az utat mások számára, hogy meghódítsák a mikrobiális ellenséget. “Azok a fágok volt ott lenni, meghalni állítanak elő anti-CRISPRs, mielőtt egy másik fág is jön sikerüljön,” mondja Bondy-Denomy.

a nyomon követési munkában Westra és posztdoktorija, Anne Chevallereau megmutatta, hogy az ilyen anti-CRISPR fehérjékből hiányzó fágok hogyan tudják kihasználni mások kooperatív felajánlásait12. A Westra számára ez megmutatja az altruista viselkedés potenciálisan messzemenő következményeit a vírusok között. “Sok kiemelkedő tulajdonság van a lakosság szintjén” – mondja., “Nagyon fontos, hogy szem előtt tartsuk ezeknek a fágoknak az ökológiáját.”

Ezek a példák a kommunikáció és az együttműködés a fágok valószínűleg csak a csúcsa a társadalmi lándzsa, mondja Lanying Zeng, biofizikus a Texas a&M Egyetem Fágtechnológiai Központ főiskolai állomás. “Ez egy egész feltáratlan terület.”Ugyanez vonatkozik azokra a vírusokra is, amelyek megfertőznek más sejttípusokat — beleértve az állati és emberi sejteket is—, amelyek saját társadalmi trükköket alkalmaznak.,

vegye be a hólyagos stomatitis vírust (VSV), amely elsősorban a haszonállatokat fertőzi meg, de emberben is influenzaszerű betegséget okozhat. Ennek a vírusos kórokozónak a részecskéi személyes költséggel, de a csoport javára elnyomják a gazdaszervezet immunitását, amint azt Sanjuán és kollégái bemutatták13. Még senki sem biztos abban, hogy ez a kooperatív kijátszás hogyan történik, de a munka rávilágít arra, hogy az altruizmus mennyire fontos lehet A VSV sikeréhez. Ez segíthet a tudósoknak, hogy legyőzzék a vírust a haszonállatokban, és optimalizálják vakcinákban és terápiákban való felhasználásra.,

a kollektív fellépés egyéb esetei széles körben elterjedtek a betegséget okozó vírusok között. A poliovírusban például több genetikailag elkülönülő vírustörzs összezsugorodhat, hogy géntermékeket cseréljenek, és fokozzák az embersejt-leölési potenciált14. Az influenza két törzse — az egyik a sejtek belépésekor, a másik a sejt kilépésekor — jobban növekszik, ha együtt tartják a sejttenyészetben, mint amikor elkülönülnek15.

de egy valós környezetben, az influenzás emberek orrmintáiban a két vírus törzs nem tűnt együttve16., Jesse Bloom a Seattle-i Fred Hutchinson Rákkutató Központban, Washington, aki vezette a kutatást, úgy gondolja, hogy ennek köze van az influenzavírus életének néhány sajátosságához — népességmérete olyan vadul ingadozik, hogy a kooperatív részecskéknek vékony esélyük van az összetartásra. Olyan vírusok esetében, amelyek nem esnek át ilyen típusú átviteli szűk keresztmetszeteken, “az együttműködés nagyobb valószínűséggel tartható fenn a valós környezetben”-mondja.

pontosan ezt találta Nihal Altan-Bonnet mikroszkópikus, amikor az egér kölykök közötti rotavírus-átvitelt tanulmányozta., A rotavírus-részecskék buborékszerű vezikulumokban lévő sejtek között együtt utazhatnak, megosztva erőforrásaikat és elrejtve a gazdaszervezet immunrendszere elől. Altan-Bonnet és kollégái kimutatták, hogy a részecskék sokkal fertőzőbbek lesznek az egerek számára, amikor ezek a kooperatív klaszterek belsejében vannak, mint amikor egyedül megy17.

sok más patogén vírusról — köztük a zika, a hepatitis, a bárányhimlő, a norovírus és a közönséges megfázás felelőseiről-ma már ismert, hogy ezeken a hólyagokon keresztül is továbbítják magukat.,

“ezek a vírusok nagyon alattomosak” – mondja Altan-Bonnet, aki a Marylandi Bethesdában található Amerikai Nemzeti Szív -, Tüdő-és Vérintézet Gazdaszervezeti dinamikájának Laboratóriumát vezeti. “És olyan stratégiákra kell gondolnunk, amelyek megzavarják a vírusok ezen együttműködését és csoportosítását.”

azaz, kivéve, ha a vírusok pusztító ereje jó célra használható., Több csoport teszteli a fágokat, mint a bakteriális fertőzések kezelését — és többet tud arról, hogy miként beszélgetnek egymással, segíthet az ilyen terápiák finomításában, amelyeknek hosszú története van az orvostudományban, de csak most kezdik manipulálni a terápiás nyereség érdekében.

A múlt hónapban például a kutatók leírták a géntechnológiával módosított fágok első sikeres klinikai alkalmazását egy gyógyszerrezisztens bakteriális fertőzés kezelésére18. Az ilyen fertőzések esetében természetesen az ideális megoldás a vírus teljes megsemmisítésére., De olyan körülmények között, amelyek által jelölt mikrobiális egyensúlyhiány, mint a pattanások, bizonyos típusú rák és gyulladásos bélbetegség, lehet, hogy jobb, hogy telepíteni egy fág, amely segít helyreállítani az egyensúlyt anélkül, hogy egy all-out támadás.

és a finomabb alkalmazások számára, pontosan tudva, hogy a vírusok hogyan kommunikálnak, “valóban hasznos lehet a betegségek kezelésére használható fágok tervezésében” – mondja Karen Maxwell, a kanadai Torontói Egyetem fágbiológusa. Megérinti a arbitrium rendszer így vezethet több nyomon követhető, vagy akár reverzibilis, kezelések.,

a vírus beszélésének megtanulása másfajta terápiás előnyt is jelenthet. “Ez kiegészítheti a szintetikus-biológiai eszközkészletet, amely segít a módosított bakteriális génexpresszió finomhangolásában”-mondja Christopher Alteri, a Michigan Egyetem Dearborn mikrobiológusa.

Sorek például kivette az arbitrium peptideket a fág természetes élőhelyéről, és más szervezetekbe dugta őket, ahol dimmer kapcsolóként működnek, amelyek tárcsázzák vagy tompítják a génaktivitást., A publikálatlan munka során ő és végzős hallgatója, Zohar Erez behelyezték az arbitrium gépet a Bacillus subtilis baktériumba, lehetővé téve számukra, hogy több génjét tetszés szerint manipulálják. A mesterséges mikrobák egy nap felhasználhatók például arra, hogy pontos dózisokban vagy meghatározott helyekre szállítsák a gyógyszereket.,

Mi több, jegyzetek Sorek, ha arbitrium-szerű rendszerek, kiderül, hogy kézirattár emberi vírusok — kórokozók, például a HIV, illetve a herpes simplex vírus, mint a fágok, tölteni részeit életüket bujkál a sejtek — akkor minden közlés molekula, amely kéri vírusos nyugalmi “azonnal lesz egy gyógyszer”.

minden tudományos projekt, amely továbbra is fennáll, “- ológiát ” kap, és a társas vírusok vizsgálata nem különbözik egymástól., Két évvel ezelőtt Díaz-Muñoz, Sanjuán és a brit Oxfordi Egyetem Evolúciós biológusa, Stu West alkotta meg az 19-et egy új kifejezéssel — szociovirológiával -, hogy keretet biztosítson kutatásaikhoz. Az American Society for Microbiology ad otthont az első workshop szentelt a téma éves ülésén ebben a hónapban San Francisco. “Ez egy ötlet, amelynek ideje eljött” -mondja Díaz-Muñoz.,

a szociovirológiában sok párhuzamot lát a hasonló csoportos viselkedések fokozatos elfogadásával a baktériumok között az elmúlt években: csak addig, amíg a kutatók meg nem határozták a kvórumérzékelésben részt vevő vegyi anyagokat, és megnevezték a folyamatot, hogy a legtöbb mikrobiológus figyelmet fordított a jelenségre.

“Ez nem a tudatban van” -mondja Díaz-Muñoz. De mint minden társadalmi és vírusos dolog esetében, az üzenet is terjed.