ウイルスの秘密の社会生活

遺伝学者Rotem Sorekは、彼の細菌が病気であることを見ることができました—これまでのところ、とても良いです。 彼はそれぞれの病気の微生物が単独で兵士になっているか、攻撃と戦うためにその同盟国と通信しているかどうかをテストするために意図的にウイルスを感染させた。,

しかし、彼とイスラエルのRehovotにあるWeizmann Institute of Scienceのチームがフラスコの内容を調べたとき、彼らは完全に予期しないものを見ました：細菌は静かで、ウイルス 彼らは、宿主細胞の中でいつ低くなるべきか、そしていつ複製して爆発するべきか、新しい犠牲者を探して一緒に決めていました。

それは根本的にウイルスがどのように動作するかの科学者の理解を変えるだろう偶然の発見でした。,

細菌に感染するウイルス—バクテリオファージ（またはファージ）として知られている尖ったロリポップのような生き物-は、新鮮な犠牲者の可用性に応じて、休眠または攻撃するかどうかについて彼らに情報をもたらす監視メカニズムを持っています。 ファージはちょうど後ろに座って耳を傾け、行動を起こす前に細菌の遭難信号が発熱ピッチに達するのを待っているように見えました。

Sorekと彼の同僚は、ファージが彼らの選択について積極的に議論していることを発見しました。, 彼らは、ファージが細胞に感染すると、それは小さなタンパク質を放出することに気づきました—ペプチドはちょうど六つのアミノ酸長い—その兄弟へのメッセージとして役立ちます：”私は犠牲者を取った”。 ファージがより多くの細胞に感染するので、メッセージはより大きくなり、感染していない宿主が不足していることを知らせます。 ファージはその後、溶解—複製して宿主から抜け出すプロセス—を停止させ、代わりにlysogeny1と呼ばれる緩慢な状態に隠されたままにします。

ウイルスは、決定を下すために細菌の手がかりに依存しなかったことが判明しました。 彼らは自分の運命をコントロールした, “この発見は、ウイルス学における大きな、重要な、革命的な概念でした”と、中国の成都にある四川大学の構造微生物学者であるWei Cheng氏は述べています。

Sorekはこのウイルスペプチドを決定のためのラテン語にちなんで”arbitrium”と名付けました。 細胞密度に関する情報を共有し、それに応じて集団を調整するために、細菌が使用する通信システム—クォーラムセンシング—のように機能するように しかし、誰もがウイルスでこの種の分子メッセージングを実証したのは初めてでした。, で設置で新しい画像ウイルスとしてより高度な社会剤以上の科学者になってきているといわれてい信用です。

ウイルス学者は、単一のウイルス粒子で細胞を標的として、長い間単独で被験者を研究してきました。 しかし、多くのウイルスが協力して宿主を共同感染させ、抗ウイルス免疫防御を破壊することがますます明らかになっています。

意味は、研究者が彼らの実験についてすべて間違っていたかもしれないということです。, “それはウイルス学の柱の一つを揺るがしました”と、カリフォルニア大学デイビス校の進化生物学者であるSam Díaz-Muñozは言います。

これらのウイルス相互作用の背後にある言語を学ぶことは、癌および厄介な重感染のための新しい治療法の設計を知らせる可能性がある。 ウイルスの社会的な好みは、CRISPRとして知られる細菌免疫システムをどのように回避するかを説明するのに役立ちます。 “概念的には、それは本当に強力です”とDíaz-Muñoz氏は言います。,

Social studies

科学者たちは、1940年代に生物物理学者Max Delbrückと細菌学者Alfred Hersheyによる別々の実験が、二つのウイルス粒子が同時に同じ細胞に侵入し、遺伝子を交換することができることを示したときに、最初にウイルスの混ざり合っていることをスパイしました。 しかし、カリフォルニアのスタンフォード大学の分子遺伝学者であり、デルブリュックの弟子であるデール—カイザーによると、これらの初期の観察は実験的方法として科学者にとって本当に興味深いものであった。 基礎生物学との関連性は見逃された。,

それは誰もがウイルス自体のために達成された協力の任意の通知を取ったことを1999年までではありませんでした。 その年、コネチカット州ニューヘイブンのイェール大学の進化生物学者ポール-ターナーとカリフォルニア大学サンディエゴ校のリン-チャオは、ファージが囚人のジレンマ戦略ゲームの独自のバージョンをプレイし、特定の状況下でパートナーシップで働き、他者に対して自分の自己利益のために行動することを示した2。,

肝炎、ポリオ、麻疹、インフルエンザなどの病気の原因となる病原体に関与するものを含む有益なウイルス相互作用の他の例が続いた。 もっと別のウイルス株であった共通の関心が、自身の生殖にチャンスがあります。, その分子レベルでの協調性—方法などもあって大きく残されます。 そして、スペインのバレンシア大学の進化遺伝学者であるRafael Sanjuánが指摘しているように、”ここでは”どのように”が本当に重要です。”

だからこそ、arbitriumの発見はこの分野にとって非常に大きな前進でした。,

Sorekがこの現象を最初に説明した直後、2017年に、Chengとスペインのバレンシアの生物医学研究所の構造生物学者Alberto Marinaが率いる四つの独立したグループが、アルビトリウムペプチドがファージによって作られ、感知され、作用する分子基盤を明らかにするために取り組むようになった。

これらの技術的詳細は、過去3–7ヶ月にわたって五つの論文で報告され、Sorekが発見した短いペプチドがウイルスの意思決定に影響を与える方法を正確, しかし、マリーナにとっては、これは物語の始まりに過ぎません。

マリーナの疑いは、それらの論文の一つで発見にかかっています6. 英国グラスゴー大学の微生物学者José Penadésと協力して、Marinaは、ファージ中のarbitriumの受容体が、ウイルスの複製を助ける細菌内の遺伝子だけでなく、他の無関係なDNA つまり、その活動はウイルスの滞在または移動の決定に限定されない可能性があることを意味します。, 研究者らは現在、ファージのペプチド言語が被害者の重要な遺伝子の活性を変化させるかどうかを調べている。 “本当なら、”マリーナは言う、”これは映像を大いにより大きく、より刺激的にさせる。”

彼自身の最初の発見で拡大して、Sorekはarbitriumのペプチッドをどこでも現れることを見つけた。 彼のチームは現在、少なくとも15種類のファージを発見しており、そのすべてが土壌微生物に感染し、何らかの短いペプチドを使用して通信することができる8。 特に、Sorek氏は、”各ファージは異なる言語で話すように見え、それ自身の言語しか理解していません”と述べています。, のウイルス城、ウォーターミル劇場がこのように進化するコミュニケーションを間近に親戚。

ファージは自分の種類にのみ話すかもしれませんが、他の言語でも聞くことができます。 分子生物学者Bonnie Basslerと彼女の大学院生Justin Silpeは、ウイルスが細菌によって放出されるクォーラムセンシング化学物質を使用して、いつ増殖を開始するのが最も良いかを判断することができることを発見しました-と殺人9。 “ファージは盗聴されており、彼らは自分の目的のためにホスト情報をハイジャックしています—この場合、ホストを殺すために”とBasslerは説明します。,

この分子スヌーピングは、コレラの原因菌であるコレラ菌に感染するファージにおいて自然に起こる。 しかし、ニュージャージー州のプリンストン大学の研究室で、BasslerとSilpeは、大腸菌やSalmonella typhimuriumを含む他の微生物に固有の信号を感知し、それらを消し去ることができる”スパイ”ファージを設計しました。 事実上のウイルスは、任意の細菌を殺すために作ることができるプログラム可能な暗殺者になりました—意志で、オンデマンドで。

より大きな利益のために

いくつかのウイルスの協力は利他主義に危機に瀕しているようです。, 二つの独立したグループは、いくつかのファージは、シュードモナス細菌のウイルス対策を克服するために無私に行動することを昨年報告10、11。

カリフォルニア大学サンフランシスコ校のファージ生物学者Joe Bondyが率いるチーム、英国エクセター大学のCRISPR専門家Edze Westraとウイルス学者Stineke van Houteが率いるチームは、ウイルスが細胞のCRISPRベースの免疫防御を破壊するように設計された特殊なタンパク質で細菌に衝撃を与えるのを見た。 ウイルスの最初の波は、自分自身を殺すだけでなく、細菌を弱める、細胞を攻撃しました。, 最初の砲撃は、他の人が微生物の敵を征服するための道を開いた。 “これらのファージは、別のファージが一緒に来て成功する前に、そこにいなければならなかった、と死ぬ、と反Crisprを生成し、”ボンディ-Denomy氏は述べています。

フォローアップの仕事では、Westraと彼のポスドクアンChevallereauは、これらの抗CRISPRタンパク質を欠いているファージがdo12他の人の協力提供を利用することができ Westraにとって、それはウイルス間の利他的行動の潜在的に広範囲に及ぶ結果を示しています。 “人口レベルでは、緊急の特性がたくさんあります”と彼は言います。, “これらのファージの生態を念頭に置いておくことは非常に重要です。”

ファージにおけるコミュニケーションと協力のこれらの例は、おそらく社会的な槍のちょうど先端である、Lanying曽、テキサス州の生物物理学者は述べています&カレッジステーションのファージ技術のためのM大学のセンター。 “これはまったく未踏の領域です。”そして、同じことが、動物やヒト細胞を含む他の細胞型に感染するウイルスにも当てはまります。,

主に家畜に感染するが、ヒトにもインフルエンザ様疾患を引き起こす可能性のある水疱性口内炎ウイルス（VSV）を服用してください。 Sanjuánと彼の同僚が示したように、このウイルス病原体の粒子は、個人的なコストで宿主免疫を抑制するが、グループにとって有益である13。 この協調的回避がどのように起こっているかはまだ誰も確信していませんが、この研究は、VSVの成功のために利他主義がいかに重要であるかを強調 それは科学者が家畜のウイルスを打ち負かし、ワクチンや治療薬に使用するために最適化するのを助ける可能性があります。,

集団行動の他の例は、病気を引き起こすウイルスの間で広まっている。 例えば、ポリオウイルスでは、複数の遺伝的に異なるウイルス株が一緒に群生して遺伝子産物を交換し、それらのヒト細胞死滅能を高めることができる14。 そして、インフルエンザの二つの株—細胞のエントリに優れている一つ、細胞の出口で他の—離れて保たれたときよりも一緒に細胞培養に維持されたとき

しかし、現実世界の設定では、インフルエンザを持つ人々からの鼻スワブでは、二つのウイルス株が共存していないようでした16。, Jesseが咲き、フレッドハッチンソン癌研究センター-ワシントン州シアトルの研究、そして一部の特殊性のインフルエンザウイルスの生活—人口規模の変動も激しい粒子には、薄のこだわります。 これらの種類の送信ボトルネックを受けないウイルスについては、”協力は現実世界の設定で維持される可能性が高い”と彼は言います。

それはまさに顕微鏡学者Nihal Altan-Bonnetがマウスの子犬の間のロタウイルス感染を研究したときに見つけたものです。, ロタウイルス粒子は、泡状小胞内の細胞間を一緒に移動し、資源を共有し、宿主の免疫系から隠れることができる。 そして、Altan-Bonnetと彼女の同僚は、粒子が単独で行くときよりも、これらの協力クラスターの中にいるときにマウスに対してより感染性になることを示している17。

他の多くの病原性ウイルス—ジカ、肝炎、水痘、ノロウイルスおよび風邪の原因となるものを含む—は、これらの小胞を介して自分自身を伝達すること,

“これらのウイルスは非常に卑劣です”と、メリーランド州ベセスダの米国国立心肺血液研究所の宿主病原体動態の研究室を率いるAltan-Bonnet氏は言います。 “と考えなければならないと思うの戦略れを乱す可能性のあるこのcooperativity、クラスタリングウイルスです。”

つまり、ウイルスの破壊力が良いために使用することができない限り、です。, いくつかのグループは、細菌感染の治療法としてファージをテストしています—そして、彼らがお互いにどのように会話するかについての詳細を知ることは、医学の長い歴史を持っていますが、治療上の利益のために操作され始めたばかりです。

Engage the phage

先月、研究者らは、薬剤耐性細菌感染に取り組むために遺伝子操作されたファージの最初の臨床使用に成功したことを説明した18。 このような感染症のために、もちろん、理想的な解決策は、細菌を完全に消滅させるためにウイルスを使用することです。, しかし、にきび、いくつかの種類の癌、炎症性腸疾患などの微生物不均衡によって特徴付けられる条件については、全面的な攻撃なしにバランスを回復するのを助けることができるファージを展開する方が良いかもしれません。

そして、それらのより微妙なアプリケーションのために、ウイルスがどのように通信するかを正確に知ることは、”病気の治療に使用できるファージを設計するのに本当に役立つかもしれない”とカナダのトロント大学のファージ生物学者カレン-マクスウェルは述べています。 グレーターのarbitriumシステムがこのように繋がり扱いも可逆的であり、だけます。,

いウイルスを提供できるような治療効果ます。 “これは、設計された細菌遺伝子発現を微調整するのに役立つ合成生物学ツールキットに加えられる可能性があります”と、ディアボーンのミシガン大学の微生物学者であるChristopher Alteri氏は述べています。

Sorekは、例えば、arbitriumペプチドをファージ内の自然の生息地から取り出し、それらを他の生物に差し込み、そこで遺伝子活性をダイヤルアップまたは減衰させる調光器スイッチとして機能する。, 未発表の作品では、彼と彼の大学院生Zohar Erezは、細菌Bacillus subtilisにarbitrium機械を挿入し、その遺伝子のいくつかを自由に操作できるようにしました。 人工微生物は、例えば、正確な用量で、または特定の場所に医薬品を送達するために、いつか使用することができる。,

さらに、arbitriumのようなシステムがヒトウイルス-HIVや単純ヘルペスウイルスなどの病原体—で保存されていることが判明した場合、ウイルスの休眠を促すコミュニケーション分子は”すぐに薬になる”。

持続するすべての科学的プロジェクトは、”-ology”を取得し、社交的なウイルスの研究は違いはありません。, 二年前、DÍAZ—Muñoz、Sanjuán、英国オックスフォード大学の進化生物学者Stu Westは、19新しい用語—sociovirology—を造語し、研究の彼らのラインのためのフレームワークを提供しました。 米国微生物学会は、今月サンフランシスコで開催される年次総会で、このトピックに特化した史上初のワークショップを開催します。 “それは時が来たアイデアです”とDíaz-Muñozは言います。,

社会生物学では、彼は過去数年間で細菌の間で同様のグループ行動の漸進的な受け入れと多くの類似点を見ています：研究者がクォーラムセンシングに関わる化学物質を特定し、ほとんどの微生物学者が現象に注意を払ったプロセスに名前を付けるまでではありませんでした。

“それは意識の中にありません”とDíaz-Muñozは言います。 しかしすべてのものを社会的、ウイルスには、メッセージが広がっています。