Viry vás mohou „sledovat“ – číhají před množením a zabíjením

Fágy mohou vycítit poškození bakteriální DNA, což je přiměje k množení a skoku z lodi.

Viry vás mohou „sledovat“ – někteří mikrobi čekají, až jim jejich hostitelé nechtěně dají signál, aby se začali množit a zabili je.

Zvlášť po více než dvou letech[{“ attribute=““>COVID-19 pandemic, many people picture a virus as a nasty spiked ball – essentially a mindless killer that gets into a cell and hijacks its machinery to create a gazillion copies of itself before bursting out. For many viruses, including the coronavirus that causes COVID-19, the “mindless killer” moniker is essentially true.

However, there’s more to virus biology than meets the eye.

A suitable illustration is HIV, the virus that causes AIDS. HIV is a retrovirus that does not immediately go on a killing spree when it enters a cell. Instead, it integrates itself into your chromosomes and chills, waiting for the proper opportunity to command the cell to make copies of it and burst out to infect other immune cells and eventually cause AIDS.

Bacteriophages, or simply phages, are naturally occurring viruses that attack and kill bacteria. They cannot infect human cells. Phages are extremely diverse and exist everywhere in the environment, including in our bodies. In fact, humans contain more phages than human cells.

A phage has three main parts: a head, a sheath, and a tail. The phage uses its tail to attach to a bacterial cell. They use the bacteria to replicate themselves. After finding a “matching” bacterial cell, the phage injects its genetic material, hijacking the system normally used for bacterial reproduction. Instead the system will make thousands more phages, which ultimately burst the bacterial cell, releasing it into the environment.

Exactly what moment HIV is waiting for is not clear, as it’s still an area of active study. However, research on other viruses has long indicated that these pathogens can be quite “thoughtful” about killing. Of course, viruses cannot think the way you and I do. But, as it turns out, evolution has bestowed them with some pretty elaborate decision-making mechanisms. For example, some viruses will choose to leave the cell they have been residing in if they detect DNA damage. Not even viruses, it appears, like to stay on a sinking ship.

For over two decades, my laboratory has been studying the molecular biology of bacteriophages, or phages for short, the viruses that infect bacteria. Recently, my colleagues and I demonstrated that phages can listen for key cellular signals to help them in their decision-making. Even worse, they can use the cell’s own “ears” to do the listening for them.

Escaping DNA damage

If the enemy of your enemy is your friend, phages are certainly your friends. Phages control bacterial populations in nature, and clinicians are increasingly using them to treat bacterial infections that do not respond to antibiotics.

The best-studied phage, lambda, works a bit like HIV. Upon entering the bacterial cell, lambda decides whether to replicate and kill the cell outright, like most viruses do, or to integrate itself into the cell’s chromosome, as HIV does. If the latter, lambda harmlessly replicates with its host each time the bacteria divides.

Toto video ukazuje bakterii lambda infikující Escherichia coli.

Nicméně, stejně jako HIV, lambda nestojí na místě. Podobně jako stetoskop se speciální protein zvaný CI používá k naslouchání příznakům poškození DNA uvnitř bakteriální buňky. Pokud je DNA bakterie ohrožena, je to špatná zpráva pro lambda můru, která se v ní uhnízdí. Poškozená DNA vede přímo na skládku evoluce, protože je nepoužitelná pro fága, který potřebuje k reprodukci. Lambda tedy zapíná své reprodukční geny, vytváří své kopie a vychází z buňky a hledá jiné, nepoškozené buňky, které by infikovaly.

odposlouchávání buněčného komunikačního systému

Namísto shromažďování informací pomocí vlastních proteinů někteří fágové kliknou na senzor poškození DNA infikované buňky: LexA.

Proteiny jako CI a LexA jsou transkripční faktory Což zapíná a vypíná geny vazbou na specifické genotypy v knize s pokyny pro DNA, chromozom. Některé fágy, jako je Coliphage 186, zjistily, že nepotřebují svůj virový CI protein, pokud mají ve svých chromozomech krátkou sekvenci DNA, na kterou se mohou připojit bakterie LexA. Po detekci poškození DNA LexA aktivuje reprodukční a zabíjející geny fága, čímž v podstatě zdvojnásobí přechod buňky k sebevraždě a zároveň umožní fágovi uniknout.

Výzkumníci poprvé uvádějí roli CI při rozhodování o fágu v osmdesátých letech Kontrarozvědný trik Coliphage 186 Koncem devadesátých let. Od té doby se objevily další zprávy o fágech odposlouchávajících bakteriální komunikační systémy. Jedním z příkladů je Fág phi29který využívá transkripční faktor svého hostitele k detekci, kdy se bakterie připravuje na vytvoření spory nebo typu bakteriálního vajíčka Dokáže přežít v drsném prostředí. Phi29 instruuje buňku, aby zabalila svou DNA do spóry a zabila vznikající bakterie, jakmile spóra vyklíčí.

Transkripční faktory zapínají a vypínají geny.

v Nedávno publikovaný výzkum, moji kolegové a já jsme ukázali, že několik skupin fágů nezávisle vyvinulo schopnost využívat další bakteriální komunikační systém: protein CtrA. CtrA integruje více endogenních a exogenních signálů k řízení různých vývojových procesů v bakteriích. Klíčem mezi nimi je produkce bakteriálních výrůstků tzv Bič a štětiny. Jak se ukázalo, tyto fágy se přilepí na chlupy a bičíky bakterií, aby je infikovaly.

Naší hlavní hypotézou je, že fágy používají CtrA k odhadu, kdy je v blízkosti vláken a bičíků dostatek bakterií, aby je snadno infikovaly. Velmi chytrý trik na „zbloudilého vraha“.

Nejsou to jediní fágové, kteří dělají komplikovaná rozhodnutí – to vše bez výhody mít dokonce mozek. Některé fágy, které infikují tvrdý Bakterie produkují malou molekulu pokaždé, když infikují buňku. Bakteriofágy mohou tuto molekulu vnímat a využívat Vypočítejte počet bakteriofágových infekcí točit se kolem nich. Stejně jako mimozemští vetřelci toto číslo pomáhá určit, kdy by měli zapnout své rozmnožovací geny a zabíjet, zabíjejí pouze tehdy, když jsou hostitelé relativně hojní. Tímto způsobem se fágové postarají o to, aby hostitelé nikdy nedošli k infekci a zajistili si jejich dlouhodobé přežití.

Antivirový spyware

Dobrá otázka je, proč byste se měli starat o antispywarové operace provozované bakteriálními viry. Zatímco bakterie jsou velmi odlišné od lidí, viry, které je infikují, jsou Není tomu jinak virů, které infikují lidi. Věda každý trik Později bylo zjištěno, že viry hrané fágy používají viry, které infikují lidi. Pokud fág může kliknout na bakteriální komunikační linky, proč vás nechytí lidský virus?

Vědci zatím nevědí, co by lidské viry poslouchaly, kdyby tyto řádky unesly, ale existuje spousta myslitelných možností. Myslím si, že stejně jako fágy, i lidské viry dokážou spočítat svůj počet, aby vytvořily strategii, detekovaly růst buněk a tvorbu tkání a dokonce i monitorovaly imunitní reakce. V tuto chvíli jsou tyto možnosti jen spekulacemi, ale probíhají vědecké výzkumy, které je zkoumají.

Viry naslouchající rozhovorům vašich buněk není nejrůžovější obrázek, ale není to bez světlé stránky. Jak zpravodajské agentury po celém světě dobře vědí, kontrarozvědka funguje pouze tehdy, když je skrytá. Jakmile je systém detekován, lze jej snadno zneužít k poskytnutí nepravdivých informací vašemu nepříteli. Stejně tak se domnívám, že budoucí antivirové terapie mohou být schopny zkombinovat tradiční dělostřelectvo, jako jsou antivirotika, která blokují replikaci viru, s podvodem v informační válce, například přimět virus věřit, že buňka v něm patří do jiné tkáně.

Ale drž hubu, nikomu to neříkej. Viry umí poslouchat!

Napsal Evan Earl, docent biologických věd, University of Maryland, Baltimore County.

Tento článek byl poprvé publikován v Konverzace.Konverzace

READ  Teleskop Jamese Webba zachycuje mlhovinu Tarantule v ohromujících detailech

You May Also Like

About the Author: Waldo Kemp

"Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč."

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.