vira gemmer sig i kroppen 9 17
 Fager kan fornemme bakteriel DNA-skade, hvilket får dem til at replikere og springe fra skib. Design celler/iStock via Getty Images Plus

Efter mere end to år med COVID-19-pandemien kan du forestille dig en virus som en grim spidskugle – en åndssvag morder, der kommer ind i en celle og kaprer sit maskineri for at skabe en gazillion kopier af sig selv, før den brister ud. For mange vira, herunder coronavirus, der forårsager COVID-19, "mindless killer"-epitetet er i det væsentlige sandt.

Men der er mere ved virusbiologi, end man kan se.

Tag HIV, den virus, der forårsager AIDS. HIV er en retrovirus der ikke går direkte på drabstog, når det kommer ind i en celle. I stedet integrerer den sig selv i dine kromosomer og kuldegysninger og venter på det rigtige tidspunkt til at beordre cellen til at lave kopier af den og briste ud for at inficere andre immunceller og til sidst forårsage AIDS.

Præcis hvilket øjeblik hiv venter på, er stadig en et aktivt studieområde. Men forskning i andre vira har længe antydet, at disse patogener kan være ret "tænksomme" med hensyn til at dræbe. Selvfølgelig kan vira ikke tænke, som du og jeg gør. Men som det viser sig, har evolutionen udstyret dem med nogle ret komplicerede beslutningsmekanismer. Nogle vira vil for eksempel vælge at forlade den celle, de har opholdt sig i, hvis de opdager DNA-skade. Ikke engang vira, ser det ud til, kan lide at opholde sig i et synkende skib.

My laboratorium har studeret molekylærbiologien af bakteriofager, eller fager for kort, de vira, der inficerer bakterier, i over to årtier. For nylig har mine kolleger og jeg har vist at fager kan lytte efter centrale cellulære signaler for at hjælpe dem i deres beslutningstagning. Endnu værre, de kan bruge cellens egne "ører" til at lytte for dem.


indre selv abonnere grafik


Undslippende DNA-skade

Hvis din fjendes fjende er din ven, er fager bestemt dine venner. Fager kontrollere bakteriepopulationer i naturen, og klinikere bruger dem i stigende grad til behandle bakterielle infektioner som ikke reagerer på antibiotika.

Den bedst undersøgte fag, lambda, virker lidt ligesom HIV. Ved indtræden i bakteriecellen beslutter lambda, om den skal replikere og dræbe cellen direkte, som de fleste vira gør, eller om at integrere sig selv i cellens kromosom, som HIV gør. Hvis sidstnævnte, replikerer lambda harmløst med sin vært, hver gang bakterierne deler sig.

Denne video viser en lambda-fag, der inficerer E. coli.

 

Men ligesom hiv sidder lambda ikke bare stille. Den bruger et særligt protein kaldet CI som et stetoskop til at lytte efter tegn på DNA-skade i bakteriecellen. Hvis bakteriens DNA bliver kompromitteret, er det dårlige nyheder for lambda-fagen, der er indlejret i den. Beskadiget DNA fører direkte til evolutionens losseplads, fordi det er ubrugeligt for den fag, der har brug for den til at formere sig. Så lambda tænder for sine replikationsgener, laver kopier af sig selv og bryder ud af cellen for at lede efter flere ubeskadigede celler at inficere.

Tryk på cellens kommunikationssystem

Nogle fager, i stedet for at samle information med deres egne proteiner, trykker på den inficerede celles helt egen DNA-skadesensor: LexA.

Proteiner som CI og LexA er transkriptionsfaktorer der tænder og slukker gener ved at binde sig til specifikke genetiske mønstre i DNA-instruktionsbogen, som er kromosomet. Nogle fager som Coliphage 186 har fundet ud af, at de ikke har brug for deres eget virale CI-protein, hvis de har en kort DNA-sekvens i deres kromosomer, som bakteriel LexA kan binde sig til. Efter at have opdaget DNA-skade, vil LexA aktivere fagens replikere-og-dræbe gener, i det væsentlige dobbeltkrydse cellen til at begå selvmord, samtidig med at fagen tillader at undslippe.

Forskere rapporterede først CI's rolle i fagbeslutningstagning i 1980'erne og Coliphage 186's kontraintelligens-trick i slutningen af ​​1990'erne. Siden da har der været et par andre rapporter om fager, der aflytter bakterielle kommunikationssystemer. Et eksempel er fag phi29, som udnytter sin værts transkriptionsfaktor til at detektere, hvornår bakterien gør sig klar til at generere en spore eller en slags bakterieæg i stand til at overleve ekstreme miljøer. Phi29 instruerer cellen i at pakke sit DNA ind i sporen og dræber de spirende bakterier, når sporen spirer.

Transskriptionsfaktorer slår gener til og fra.

 

I vores for nylig offentliggjort forskning, viser mine kolleger og jeg, at flere grupper af fager uafhængigt har udviklet evnen til at udnytte endnu et bakterielt kommunikationssystem: CtrA-proteinet. CtrA integrerer flere interne og eksterne signaler for at sætte gang i forskellige udviklingsprocesser hos bakterier. Nøglen blandt disse er produktionen af ​​bakterielle vedhæng kaldet flagella og pili. Det viser sig, at disse fager binder sig til bakteriernes pili og flageller for at inficere dem.

Vores førende hypotese er, at fager bruger CtrA til at gætte, hvornår der vil være nok bakterier i nærheden, der sporter pili og flageller, til at de let kan inficere. Et ret smart trick til en "mindless morder."

Det er ikke de eneste fager, der træffer omfattende beslutninger - alt sammen uden fordelen ved selv at have en hjerne. Nogle fager, der inficerer Bacillus bakterier producerer et lille molekyle, hver gang de inficerer en celle. Fagerne kan fornemme dette molekyle og bruge det til tælle antallet af faginfektioner foregår omkring dem. Ligesom fremmede angribere hjælper denne optælling med at beslutte, hvornår de skal tænde for deres repliker-og-dræb-gener, og dræber kun, når der er relativt mange værter. På denne måde sørger fagerne for, at de aldrig løber tør for værter for at inficere og garantere deres egen langsigtede overlevelse.

Bekæmpelse af viral kontraintelligens

Du undrer dig måske over, hvorfor du skal bekymre dig om kontraintelligens-operationerne, der drives af bakterielle vira. Mens bakterier er meget forskellige fra mennesker, er de vira, der inficerer dem ikke så anderledes fra de vira, der inficerer mennesker. Stort set hvert eneste trick spillet af fager har senere vist sig at blive brugt af humane vira. Hvis en fag kan trykke på bakterielle kommunikationslinjer, hvorfor ville en menneskelig virus så ikke trykke på din?

Indtil videre ved forskerne ikke, hvad menneskelige vira kunne lytte efter, hvis de kaprer disse linjer, men masser af muligheder kommer til at tænke på. Jeg tror på, at humane vira, ligesom fager, potentielt kunne være i stand til at tælle deres antal for at strategisere, detektere cellevækst og vævsdannelse og endda overvåge immunresponser. Indtil videre er disse muligheder kun spekulationer, men videnskabelig undersøgelse er i gang.

At have vira, der lytter til dine cellers private samtaler, er ikke det mest rosenrøde af billeder, men det er ikke uden en guldkant. Som efterretningstjenester over hele verden godt ved, virker kontraefterretning kun, når den er skjult. Når først det er opdaget, kan systemet meget nemt udnyttes til at give din fjende misinformation. På samme måde tror jeg, at fremtidige antivirale terapier kan være i stand til at kombinere konventionelt artilleri, som antivirale midler, der forhindrer viral replikation, med informationskrigsførelse, såsom at få virussen til at tro, at den celle, den er i, tilhører et andet væv.

Men husk, fortæl det ikke til nogen. Virus kunne lytte!The Conversation

Om forfatteren

Ivan Erill, lektor i biologiske videnskaber, University of Maryland, Baltimore County

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede Bøger:

Kroppen holder scoren: Hjernens sind og krop i helingen af ​​traumer

af Bessel van der Kolk

Denne bog udforsker forbindelserne mellem traumer og fysisk og mental sundhed, og tilbyder indsigt og strategier for helbredelse og bedring.

Klik for mere info eller for at bestille

Breath: The New Science of a Lost Art

af James Nestor

Denne bog udforsker videnskaben og praksisen med åndedræt og tilbyder indsigt og teknikker til at forbedre fysisk og mental sundhed.

Klik for mere info eller for at bestille

Planteparadokset: De skjulte farer ved "sunde" fødevarer, der forårsager sygdom og vægtøgning

af Steven R. Gundry

Denne bog udforsker forbindelserne mellem kost, sundhed og sygdom, og tilbyder indsigt og strategier til at forbedre den generelle sundhed og velvære.

Klik for mere info eller for at bestille

Immunitetskoden: Det nye paradigme for ægte sundhed og radikal anti-aldring

af Joel Greene

Denne bog tilbyder et nyt perspektiv på sundhed og immunitet, der trækker på principper for epigenetik og tilbyder indsigt og strategier til at optimere sundhed og aldring.

Klik for mere info eller for at bestille

Den komplette guide til faste: Helbred din krop gennem intermitterende, alternativ-dages og forlænget faste

af Dr. Jason Fung og Jimmy Moore

Denne bog udforsker videnskaben og praksis med faste og tilbyder indsigt og strategier til forbedring af den generelle sundhed og velvære.

Klik for mere info eller for at bestille