Fágové baktérie dokážu vycítiť poškodenie DNA, čo ich prinúti replikovať sa a skočiť z lode.
Vírusy vás môžu „sledovať“ – niektoré baktérie čakajú, kým im ich hostitelia neúmyselne signalizujú, aby sa začali množiť a zabili ich.
najmä po viac ako dvoch rokoch[{“ 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, že fág lambda infikuje E. coli.
Avšak, rovnako ako HIV, lambda nie je len nečinná. Používa špeciálny proteín nazývaný Ci, ako stetoskop, aby počúval príznaky poškodenia DNA v bakteriálnej bunke. Ak je DNA baktérie ohrozená, je to zlá správa pre fág lambda. Poškodená DNA vedie priamo k vývojovým skládkam, pretože je zbytočná pre fág, ktorý potrebuje na reprodukciu. Lambda teda zapne svoje replikačné gény, vytvorí svoje kópie a opustí bunku, aby hľadala ďalšie nechcené bunky, ktoré by infikovala.
využiť obehový systém bunky
Namiesto zhromažďovania informácií pomocou vlastných proteínov niektoré fágy klepnú na vlastný senzor poškodenia DNA infikovanej bunky: LexA.
Existujú proteíny ako Ci a LexA transkripčné faktory Ktorý zapína a vypína gény väzbou na špecifické genetické vzorce v rámci návodu na použitie DNA, teda chromozómy. Niektoré fágy, ako napríklad kolifág 186, zistili, že nevyžadujú svoje vlastné vírusové proteíny Ci, ak ich chromozómy obsahujú krátku sekvenciu DNA, ktorá sa môže viazať na bakteriálnu Lexu. Po detekcii poškodenia DNA LexA aktivuje replikačný a zabíjací gén fága, v podstate dvojitým krížením bunky spácha samovraždu a zároveň umožní fágovi uniknúť.
Výskumníci najprv uvádzajú úlohu CI pri postupnom rozhodovaní v 80. rokoch 20. storočia a kontrarozviedky trik Coliphase 186 koniec 90. rokov 20. storočia, Odvtedy sa objavilo niekoľko ďalších správ o fágovom odpichu bakteriálnych obehových systémov. je príkladom Poplatok za fázu 29Ktorý využíva transkripčný faktor svojho hostiteľa na zistenie, kedy sa bakteriálna spóra alebo typ baktérie pripravuje na produkciu vajíčka. schopný prežiť v extrémnych prostrediach, Phi29 inštruuje bunku, aby zabalila svoju DNA do spóry, čím zabije pučiace baktérie hneď, ako spóra vyklíči.
Transkripčné faktory zapínajú a vypínajú gény.
In nedávno publikovaný výskumV tomto článku sme s kolegami ukázali, že niekoľko skupín fágov si nezávisle vyvinulo schopnosť preniknúť do iného bakteriálneho obehového systému: proteínu CtrA. CtrA integruje viaceré vnútorné a vonkajšie signály na spustenie rôznych rastových procesov v baktériách. Hlavným z nich je produkcia bakteriálnych príveskov tzv bičíky a pili, Ako sa ukázalo, tieto fágy sa pripájajú k bakteriálnym pili a bičíkom, aby sa infikovali.
Našou hlavnou hypotézou je, že fágy používajú CTRA na predpovedanie, že športové pili a bičíky budú mať dostatok baktérií, ktoré môžu ľahko infikovať. Celkom šikovný trik na „gýčového vraha“.
Toto nie sú jediné kroky, ktoré vedú k podrobnému rozhodovaniu – to všetko bez úžitku z mozgu. niektoré štádiá, ktoré infikujú škodca Baktérie produkujú malú molekulu zakaždým, keď infikujú bunku. Fágy dokážu túto molekulu zaznamenať a použiť spočítajte počet fágových infekcií deje okolo nich. Rovnako ako cudzí votrelci, tento počet pomáha rozhodnúť, kedy by mali zapnúť svoje replikačné a zabíjacie gény, pričom zabíjajú iba vtedy, keď sú hostitelia relatívne hojní. Týmto spôsobom fágy zaisťujú, že nikdy neminú hostiteľov na infekciu a zaručujú ich vlastné dlhodobé prežitie.
boj proti vírusovým protiopatreniam
Dobrá otázka je, prečo by ste sa mali starať o operácie kontrarozviedky riadené bakteriálnymi vírusmi. Zatiaľ čo baktérie sú veľmi odlišné od ľudí, vírusy, ktoré ich infikujú, sú nie tak odlišné z vírusov, ktoré infikujú ľudí. Príliš veľa každý pohyb Neskôr sa ukázalo, že ten, ktorý hrá fág, používajú vírusy infikujúce ľudí. Ak fág dokáže preniknúť do bakteriálnych komunikačných liniek, prečo by ľudský vírus nenarazil na tie vaše?
Až doteraz vedci nevedia, čo by ľudské vírusy počuli, keby uniesli tieto linky, ale existuje veľa možných alternatív. Verím, že podobne ako fágy, aj ľudské vírusy by mohli byť potenciálne schopné stratégovať svoj počet, detekovať rast buniek a tvorbu tkanív a dokonca monitorovať imunitné reakcie. Zatiaľ sú tieto možnosti iba špekuláciami, ale prebiehajú vedecké výskumy.
Mať vírus, ktorý počúva súkromné konverzácie vášho mobilného telefónu, nie je najlepším obrázkom, no nie je to bezvýznamné. Ako dobre vedia spravodajské agentúry po celom svete, kontrarozviedka funguje len vtedy, keď je skrytá. Po zistení môže byť systém veľmi ľahko zneužitý na dezinformovanie vášho nepriateľa. Podobne sa domnievam, že antivírusová terapia by v budúcnosti mohla byť schopná skombinovať konvenčné delostrelectvo, ako sú antivirotiká, ktoré inhibujú replikáciu vírusu, s podvodom v informačnej vojne, ako je napríklad presvedčenie vírusu, že je bunka, v ktorej sa nachádza, patrí do iného tkaniva.
Ale buď ticho, nikomu to nehovor. Vírus musí počúvať!
Napísal Evan Erril, docent biologických vied, University of Maryland, Baltimore County.
Tento článok prvýkrát. bola uverejnená v r Konverzácia,
