Οι φάγοι μπορούν να αισθανθούν βλάβες στο βακτηριακό DNA, κάτι που τους προκαλεί να αναπαραχθούν και να πηδήξουν στο πλοίο. Σχεδιάστε Cells/iStock μέσω Getty Images Plus
Μετά από περισσότερα από δύο χρόνια από την πανδημία του COVID-19, μπορεί να φανταστείτε έναν ιό ως μια άσχημη αιχμηρή σφαίρα – έναν ανόητο δολοφόνο που μπαίνει σε ένα κελί και κλέβει τον μηχανισμό του για να δημιουργήσει ένα δισεκατομμύριο αντίγραφα του εαυτού του πριν σκάσει. Για πολλούς ιούς, συμπεριλαμβανομένου του κορωνοϊός που προκαλεί COVID-19, το επίθετο «αμελής δολοφόνος» είναι ουσιαστικά αληθινό.
Αλλά υπάρχουν περισσότερα στη βιολογία των ιών από όσα φαντάζει κανείς.
Πάρτε τον HIV, τον ιό που προκαλεί AIDS. Ο HIV είναι α ρετροϊός που δεν πηγαίνει κατευθείαν σε φονικό ξεφάντωμα όταν μπαίνει σε ένα κελί. Αντίθετα, ενσωματώνεται στα χρωμοσώματα και τα ρίγη σας, περιμένοντας την κατάλληλη στιγμή για να δώσει εντολή στο κύτταρο να δημιουργήσει αντίγραφά του και να ξεσπάσει για να μολύνει άλλα κύτταρα του ανοσοποιητικού και τελικά να προκαλέσει AIDS.
Ακριβώς η στιγμή που περιμένει ο HIV είναι ακόμα μια περιοχή ενεργητικής μελέτης. Όμως, η έρευνα σε άλλους ιούς έχει από καιρό υπονοήσει ότι αυτά τα παθογόνα μπορεί να είναι αρκετά «στοχασμένα» σχετικά με τη θανάτωση. Φυσικά, οι ιοί δεν μπορούν να σκεφτούν όπως εμείς και εσείς. Αλλά, όπως αποδεικνύεται, η εξέλιξη τους έχει προικίσει με μερικούς αρκετά περίτεχνους μηχανισμούς λήψης αποφάσεων. Ορισμένοι ιοί, για παράδειγμα, θα επιλέξουν να εγκαταλείψουν το κύτταρο στο οποίο κατοικούσαν εάν εντοπίσουν βλάβη στο DNA. Ούτε καν στους ιούς, φαίνεται, αρέσει να μένεις σε ένα πλοίο που βυθίζεται.
My εργαστήριο έχει μελετήσει τη μοριακή βιολογία του βακτηριοφάγοι, ή εν συντομία φάγοι, οι ιοί που μολύνουν τα βακτήρια, για πάνω από δύο δεκαετίες. Πρόσφατα, οι συνεργάτες μου και εγώ έχουν δείξει ότι οι φάγοι μπορούν να ακούσουν για βασικά κυτταρικά σήματα για να τους βοηθήσουν στη λήψη αποφάσεων. Ακόμη χειρότερα, μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα «αυτιά» του ίδιου του κυττάρου για να τους ακούσουν.
Διαφυγή βλάβης του DNA
Αν ο εχθρός του εχθρού σου είναι φίλος σου, οι φάγοι είναι σίγουρα φίλοι σου. Φάγοι ελέγχου των βακτηριακών πληθυσμών στη φύση, και οι κλινικοί γιατροί τα χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων που δεν ανταποκρίνονται στα αντιβιοτικά.
Ο καλύτερα μελετημένος φάγος, λάμδα, λειτουργεί λίγο σαν τον HIV. Μόλις εισέλθει στο βακτηριακό κύτταρο, το λάμδα αποφασίζει αν θα αναπαραχθεί και θα σκοτώσει το κύτταρο εντελώς, όπως κάνουν οι περισσότεροι ιοί, ή αν θα ενσωματωθεί στο χρωμόσωμα του κυττάρου, όπως κάνει ο HIV. Εάν το τελευταίο, το λάμδα αναπαράγεται ακίνδυνα με τον ξενιστή του κάθε φορά που τα βακτήρια διαιρούνται.
Αυτό το βίντεο δείχνει έναν λάμδα φάγο να μολύνει E. coli.
Αλλά, όπως και ο HIV, το λάμδα δεν κάθεται απλώς σε αδράνεια. Χρησιμοποιεί μια ειδική πρωτεΐνη που ονομάζεται CI όπως ένα στηθοσκόπιο για να ακούσει για σημάδια βλάβης του DNA μέσα στο βακτηριακό κύτταρο. Εάν το DNA του βακτηρίου τεθεί σε κίνδυνο, αυτό είναι άσχημα νέα για τον λάμδα φάγο που βρίσκεται μέσα σε αυτό. Το κατεστραμμένο DNA οδηγεί κατευθείαν στη χωματερή της εξέλιξης επειδή είναι άχρηστο για τον φάγο που το χρειάζεται για να αναπαραχθεί. Έτσι, το λάμδα ενεργοποιεί τα γονίδια αντιγραφής του, κάνει αντίγραφα του εαυτού του και ξεσπά έξω από το κύτταρο για να αναζητήσει περισσότερα άθικτα κύτταρα για να τα μολύνει.
Πατώντας το σύστημα επικοινωνίας της κυψέλης
Ορισμένοι φάγοι, αντί να συλλέγουν πληροφορίες με τις δικές τους πρωτεΐνες, χτυπούν τον αισθητήρα βλάβης DNA του μολυσμένου κυττάρου: LexA.
Πρωτεΐνες όπως η CI και η LexA είναι παράγοντες μεταγραφής που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν τα γονίδια δεσμεύοντας σε συγκεκριμένα γενετικά μοτίβα μέσα στο βιβλίο οδηγιών DNA που είναι το χρωμόσωμα. Μερικοί φάγοι όπως το Coliphage 186 έχουν καταλάβει ότι δεν χρειάζονται τη δική τους ιική πρωτεΐνη CI εάν έχουν μια μικρή αλληλουχία DNA στα χρωμοσώματά τους στην οποία μπορεί να συνδεθεί το βακτηριακό LexA. Με την ανίχνευση βλάβης στο DNA, το LexA θα ενεργοποιήσει τα γονίδια του φάγου που αναπαράγονται και σκοτώνουν, ουσιαστικά διασταυρώνοντας διπλά το κύτταρο για να αυτοκτονήσει ενώ θα επιτρέψει στον φάγο να διαφύγει.
Οι επιστήμονες ανέφεραν για πρώτη φορά τον ρόλο του CI στη λήψη αποφάσεων για τους φάγους στα 1980 και το κόλπο αντικατασκοπίας του Coliphage 186 στα τέλη της δεκαετίας του 1990. Έκτοτε, υπήρξαν μερικές άλλες αναφορές φάγων που αγγίζουν τα βακτηριακά συστήματα επικοινωνίας. Ένα παράδειγμα είναι φάγος φι29, το οποίο εκμεταλλεύεται τον μεταγραφικό παράγοντα του ξενιστή του για να ανιχνεύσει πότε το βακτήριο ετοιμάζεται να δημιουργήσει ένα σπόριο ή ένα είδος βακτηριακού αυγού ικανό να επιβιώσει σε ακραία περιβάλλοντα. Το Phi29 δίνει εντολή στο κύτταρο να συσκευάσει το DNA του στα σπόρια, σκοτώνοντας τα εκκολαπτόμενα βακτήρια μόλις βλαστήσει ο σπόρος.
Οι παράγοντες μεταγραφής ενεργοποιούν και απενεργοποιούν τα γονίδια.
Σε μας πρόσφατα δημοσιευμένη έρευνα, οι συνάδελφοί μου και εγώ δείχνουμε ότι αρκετές ομάδες φάγων έχουν αναπτύξει ανεξάρτητα την ικανότητα να αξιοποιούν ένα ακόμη βακτηριακό σύστημα επικοινωνίας: την πρωτεΐνη CtrA. Το CtrA ενσωματώνει πολλαπλά εσωτερικά και εξωτερικά σήματα για να θέσει σε κίνηση διαφορετικές αναπτυξιακές διαδικασίες στα βακτήρια. Το κλειδί μεταξύ αυτών είναι η παραγωγή βακτηριακών εξαρτημάτων που ονομάζονται μαστίγια και πιλί. Αποδεικνύεται ότι αυτοί οι φάγοι προσκολλώνται στους πυλώνες και τα μαστίγια των βακτηρίων για να τα μολύνουν.
Η κύρια υπόθεσή μας είναι ότι οι φάγοι χρησιμοποιούν το CtrA για να υποθέσουν πότε θα υπάρχουν αρκετά βακτήρια κοντά στα αθλητικά πτερύγια και μαστίγια που μπορούν να μολύνουν εύκολα. Ένα αρκετά έξυπνο τέχνασμα για έναν «άψογο δολοφόνο».
Αυτοί δεν είναι οι μόνοι φάγοι που παίρνουν περίπλοκες αποφάσεις – όλα αυτά χωρίς καν το όφελος να έχουν εγκέφαλο. Μερικοί φάγοι που μολύνουν μικρόβιο τα βακτήρια παράγουν ένα μικρό μόριο κάθε φορά που μολύνουν ένα κύτταρο. Οι φάγοι μπορούν να αισθανθούν αυτό το μόριο και να το χρησιμοποιήσουν μετρήστε τον αριθμό των λοιμώξεων από φάγους που λαμβάνουν χώρα γύρω τους. Όπως και οι εξωγήινοι εισβολείς, αυτή η καταμέτρηση βοηθά να αποφασίσουν πότε θα πρέπει να ενεργοποιήσουν τα γονίδιά τους που αναπαράγονται και σκοτώνουν, σκοτώνοντας μόνο όταν οι ξενιστές είναι σχετικά άφθονοι. Με αυτόν τον τρόπο, οι φάγοι φροντίζουν να μην ξεμείνουν ποτέ από ξενιστές για να μολύνουν και να εγγυώνται τη δική τους μακροπρόθεσμη επιβίωση.
Αντιμετώπιση ιογενούς αντικατασκοπείας
Ίσως αναρωτιέστε γιατί πρέπει να ενδιαφέρεστε για τις επιχειρήσεις αντικατασκοπείας που εκτελούνται από βακτηριακούς ιούς. Ενώ τα βακτήρια είναι πολύ διαφορετικά από τους ανθρώπους, οι ιοί που τα μολύνουν είναι όχι τόσο διαφορετικά από τους ιούς που μολύνουν τον άνθρωπο. Λίγο πολύ κάθε κόλπο που παίζεται από φάγους έχει αποδειχθεί αργότερα ότι χρησιμοποιείται από ανθρώπινους ιούς. Εάν ένας φάγος μπορεί να χτυπήσει βακτηριακές γραμμές επικοινωνίας, γιατί ένας ανθρώπινος ιός να μην χτυπήσει τον δικό σας;
Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές δεν γνωρίζουν τι θα μπορούσαν να ακούσουν οι ανθρώπινοι ιοί εάν παραβιάσουν αυτές τις γραμμές, αλλά πολλές επιλογές έρχονται στο μυαλό. Πιστεύω ότι, όπως οι φάγοι, οι ανθρώπινοι ιοί θα μπορούσαν ενδεχομένως να είναι σε θέση να μετρήσουν τον αριθμό τους για να σχεδιάσουν στρατηγική, να ανιχνεύσουν την κυτταρική ανάπτυξη και το σχηματισμό ιστών και ακόμη και να παρακολουθήσουν τις ανοσολογικές αποκρίσεις. Προς το παρόν, αυτές οι πιθανότητες είναι μόνο εικασίες, αλλά η επιστημονική έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη.
Το να έχετε ιούς να ακούν τις ιδιωτικές συνομιλίες των κυττάρων σας δεν είναι η πιο ρόδινη εικόνα, αλλά δεν είναι και χωρίς ασήμι. Όπως γνωρίζουν καλά οι υπηρεσίες πληροφοριών σε όλο τον κόσμο, η αντικατασκοπεία λειτουργεί μόνο όταν είναι κρυφή. Μόλις εντοπιστεί, το σύστημα μπορεί πολύ εύκολα να αξιοποιηθεί για να τροφοδοτήσει παραπληροφόρηση στον εχθρό σας. Ομοίως, πιστεύω ότι οι μελλοντικές αντιικές θεραπείες μπορεί να είναι σε θέση να συνδυάσουν το συμβατικό πυροβολικό, όπως τα αντιιικά που εμποδίζουν την αναπαραγωγή του ιού, με τεχνάσματα πληροφοριακού πολέμου, όπως να κάνουν τον ιό να πιστεύει ότι το κύτταρο στο οποίο βρίσκεται ανήκει σε διαφορετικό ιστό.
Αλλά, σιγά, μην το πεις σε κανέναν. Οι ιοί θα μπορούσαν να ακούνε!
Σχετικά με το Συγγραφέας
Ιβάν Έριλ, Αναπληρωτής Καθηγητής Βιολογικών Επιστημών, Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, κομητεία του Βαλτιμόρη
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Σχετικές Βιβλία:
The Body Keeps the Score: Brain Mind and Body in the Healing of Trauma
από τον Bessel van der Kolk
Αυτό το βιβλίο διερευνά τις συνδέσεις μεταξύ του τραύματος και της σωματικής και ψυχικής υγείας, προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη θεραπεία και την ανάρρωση.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Breath: The New Science of a Lost Art
από τον James Nestor
Αυτό το βιβλίο διερευνά την επιστήμη και την πρακτική της αναπνοής, προσφέροντας ιδέες και τεχνικές για τη βελτίωση της σωματικής και ψυχικής υγείας.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Το παράδοξο των φυτών: Οι κρυμμένοι κίνδυνοι σε «υγιεινές» τροφές που προκαλούν ασθένειες και αύξηση βάρους
από τον Steven R. Gundry
Αυτό το βιβλίο διερευνά τους δεσμούς μεταξύ διατροφής, υγείας και ασθένειας, προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτίωση της συνολικής υγείας και ευεξίας.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
The Immunity Code: The New Paradigm for Real Health and Radical Anti-aging
από τον Joel Greene
Αυτό το βιβλίο προσφέρει μια νέα προοπτική για την υγεία και την ανοσία, βασιζόμενη στις αρχές της επιγενετικής και προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτιστοποίηση της υγείας και της γήρανσης.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
Ο πλήρης οδηγός νηστείας: Θεραπεύστε το σώμα σας μέσω διαλείπουσας, εναλλασσόμενης ημέρας και παρατεταμένης νηστείας
από τον Δρ Jason Fung και τον Jimmy Moore
Αυτό το βιβλίο διερευνά την επιστήμη και την πρακτική της νηστείας προσφέροντας ιδέες και στρατηγικές για τη βελτίωση της συνολικής υγείας και ευεξίας.
