ویروس‌ ها می‌توانند محیط اطراف خود را حس کنند

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ویروس ها ممکن است “چشم و گوش” برای دیدن و شنیدن داشته باشند.

به گزارش تک ناک، شناخت توانایی جدید و گسترده برخی ویروس‌ ها برای نظارت بر محیط اطراف خود می‌تواند پیامدهایی برای توسعه داروهای ضد ویروسی داشته باشد.
تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ویروس‌ها از اطلاعات محیط خود برای تصمیم‌گیری در مورد این که چه زمانی بر میزبان خود بنشینند، چه زمانی تکثیر و منتشر شوند و سلول میزبان را بکشند، استفاده می‌کنند.

این کار پیامدهای مهمی برای توسعه داروهای ضد ویروسی دارد. این مطالعه به رهبری دانشگاه مریلند بالتیمور (UMBC)، اخیراً در Frontiers in Microbiology منتشر شده‌است.
ایوان اریل می‌گوید، توانایی ویروس در حس کردن محیط خود، از جمله عناصر تولید شده توسط میزبان، لایه دیگری از پیچیدگی را به تعامل ویروس میزبان می‌افزاید. او نویسنده ارشد مقاله جدید و استاد علوم زیستی در UMBC است. در حال حاضر، ویروس‌ها از این توانایی به نفع خود استفاده می‌کنند. اما او می‌گوید که در آینده، ما می‌توانیم از آن به ضرر آنها سوء استفاده کنیم.
تصادفی نیست
مطالعه جدید بر روی باکتریوفاژها متمرکز بود که اغلب به آنها فاژ می‌گویند. آنها ویروس‌هایی هستند که باکتری‌ها را آلوده می‌کنند. در این مطالعه، فاژهای مورد تجزیه و تحلیل تنها زمانی می‌توانند میزبان خود را آلوده کنند که سلول‌های باکتری دارای زائده‌های خاصی به نام پیلی و تاژک باشند که به حرکت و جفت شدن باکتری کمک می‌کند.
باکتری ها پروتئینی به نام CtrA تولید می‌کنند که زمان تولید این زائده‌ها را کنترل می‌کند. این تحقیق نشان داد که بسیاری از فاژهای وابسته به زائده، دارای الگوهایی در DNA خود هستند که پروتئین CtrA می‌تواند به آن‌ها متصل شود که به آن مکان‌های اتصال می‌گویند. اریل می‌گوید، فاژی که یک محل اتصال برای پروتئین تولید شده توسط میزبانش دارد، غیرمعمول است.

ویروس یک باکتریوفاژ دلتا، اولین موردی که در یک مطالعه جدید در Frontiers in Microbiology شناسایی شد که دارای مکان های اتصال برای CtrA است، پروتئینی که توسط میزبان باکتریوفاژ تولید می شود و تولید پیلی و تاژک را تنظیم می کند. وجود این مکان‌های اتصال تنها در فاژهایی که به سلول‌های میزبان خود نیاز به داشتن پیلی/فلاژلا دارند تا بتوانند آنها را آلوده کنند، نشان می‌دهد که فاژ بر حضور این پروتئین نظارت می‌کند تا "تصمیم بگیرد" که بماند یا تکثیر شود و از آن خارج شود. سلول میزبان آن — یک باکتریوفاژ دلتا، اولین موردی که در یک مطالعه جدید در Frontiers in Microbiology شناسایی شد که دارای مکان های اتصال برای CtrA است، پروتئینی که توسط میزبان باکتریوفاژ تولید می شود و تولید پیلی و تاژک را تنظیم می کند. وجود این مکان‌های اتصال تنها در فاژهایی که به سلول‌های میزبان خود نیاز به داشتن پیلی/فلاژلا دارند تا بتوانند آنها را آلوده کنند، نشان می‌دهد که فاژ بر حضور این پروتئین نظارت می‌کند تا “تصمیم بگیرد” که بماند یا تکثیر شود و از آن خارج شود. سلول میزبان آن

اولین نویسنده مقاله، الیا ماسکولو، دانشجو دکترای آزمایشگاه اریل، از طریق تجزیه و تحلیل دقیق ژنومی متوجه شد که این مکان‌های اتصال منحصر به یک فاژ یا حتی یک گروه منفرد از فاژها نیستند. بسیاری از انواع مختلف فاژها دارای محل اتصال CtrA بودند اما همه آنها نیاز داشتند که میزبان خود پیلی و یا تاژک داشته باشد تا آنها را آلوده کند. آنها به این نتیجه رسیدند که این نمی تواند تصادفی باشد.
وی می‌گوید، توانایی نظارت بر سطوح CtrA در طول تکامل چندین بار توسط فاژهای مختلف که باکتری‌های مختلف را آلوده می‌کنند ابداع شده‌است. هنگامی که گونه‌های مرتبط با دوردست ویژگی مشابهی را نشان می‌دهند، به آن تکامل همگرا می‌گویند و نشان می‌دهد که این ویژگی قطعاً مفید است.

زمانبندی همه چیز است
اولین فاژی که در آن دانشمندان مکان‌های اتصال CtrA را شناسایی کردند، گروه خاصی از باکتری‌ها به نام Caulobacterales را آلوده می‌کند.
Caulobacterales گروهی از باکتری‌ها هستند که به‌خوبی مطالعه شده‌اند، زیرا به دو شکل وجود دارند: یک شکل ازدحامی که آزادانه در محیط حرکت می‌کند، و یک شکل بنیادی که به یک سطح می‌چسبد. گونه ازدحامی‌ها دارای پیلی تاژک هستند. در این باکتری‌ها، CtrA چرخه سلولی را تنظیم می‌کند و تعیین می‌کند که آیا یک سلول برای تولید یک سلول ازدحامی و یک سلول بنیادی، به طور مساوی به دو نوع از سلول مشابه تقسیم می‌شود یا به صورت نامتقارن تقسیم میشود.

از آنجایی که فاژها فقط می توانند سلول های ازدحامی را آلوده کنند، به نفع آنهاست که تنها زمانی که سلول های ازدحامی زیادی برای آلوده کردن وجود دارد، از میزبان خود خارج شوند. به طور کلی، کولوباکترال ها در محیط های فقیر از مواد مغذی زندگی می کنند و بسیار پراکنده هستند. اریل می‌گوید: اما هنگامی که یک توده خوب از ریززیستگاه پیدا می‌کنند، به سلول‌های بنیادی تبدیل می‌شوند و تکثیر می‌شوند و در نهایت مقادیر زیادی سلول ازدحامی تولید می‌کنند.

اریل می‌گوید: بنابراین ما فرض می‌کنیم که فاژها سطوح CtrA را که در طول چرخه زندگی سلول‌ها بالا و پایین می‌رود، نظارت می‌کنند تا بفهمند چه زمانی سلول ازدحامی در حال تبدیل شدن به یک سلول بنیادی و در نتیجه تبدیل شدن به کارخانه ازدحامی‌ها است. در آن نقطه، سلول را می شکافند، زیرا تعداد زیادی ازدحامی برای آلوده شدن در این نزدیکی وجود خواهد داشت.

متأسفانه، روش اثبات این فرضیه بسیار دشوار و نیازمند کار فشرده است، بنابراین بخشی از این مقاله جدید نبود . اگرچه اریل و همکاران امیدوارند در آینده به یافتن پاسخی برای این سؤال بپردازند. با این حال، تیم تحقیقاتی هیچ توضیح قابل قبول دیگری برای تکثیر مکان‌های اتصال CtrA در بسیاری از فاژهای مختلف، که همگی برای آلوده کردن میزبان خود به پیلی یا فلاژلا نیاز دارند، نمی‌بیند. آنها خاطرنشان می کنند که حتی جالب تر، پیامدهایی برای ویروس‌هایی است که سایر ارگانیسم ها حتی انسان ها را آلوده می کنند.
ایوان اریل می گوید: اگر در حال تولید یک داروی ضد ویروسی هستید و می دانید که ویروس به سیگنال خاصی گوش می دهد، شاید بتوانید ویروس را فریب دهید.
ایوان اریل ادامه داد: هر آنچه در مورد فاژها می‌دانیم، هر استراتژی تکاملی که آنها توسعه داده‌اند، نشان داده شده است که به ویروس‌هایی تبدیل ‌شود که گیاهان و حیوانات را آلوده می‌کنند. او می‌گوید : این تقریباً یک امر مسلم است. بنابراین اگر فاژها به میزبان خود گوش دهند، ویروس‌هایی که بر انسان تأثیر می‌گذارند هم حتماً همین کار را می‌کنند.
چند نمونه مستند دیگر از فاژها وجود دارد که محیط خود را به روش‌های جالبی بررسی می‌کنند، اما هیچ‌کدام شامل فاژهای متفاوتی نمی‌شود که از استراتژی مشابهی علیه میزبان‌های باکتریایی استفاده می‌کنند.
اریل می‌گوید: این تحقیق جدید اولین نمایش دامنه وسیعی است که فاژها به آنچه در سلول می‌گذرد گوش می‌دهند، در این مورد، آنها رشد سلولی را زیر نظر دارند. اما او پیش بینی می کند که نمونه های بیشتری در راه است. او می‌گوید در حال حاضر، اعضای آزمایشگاه او شروع به جستجوی گیرنده‌هایی برای سایر مولکول‌های تنظیم‌کننده باکتری در فاژ کرده‌اند – و در حال یافتن آنها هستند.

راه‌های درمانی جدید
اریل می‌گوید نکته کلیدی این تحقیق این است که ویروس از هوش سلولی برای تصمیم‌گیری استفاده می‌کند، و اگر در باکتری‌ها اتفاق می‌افتد، تقریباً به طور قطع در گیاهان و حیوانات نیز اتفاق می‌افتد، زیرا اگر یک استراتژی تکاملی منطقی باشد، تکامل آن را کشف کرده و از آن بهره برداری خواهد کرد.
به عنوان مثال، یک ویروس حیوانی ممکن است بخواهد بداند که در چه نوع بافتی قرار دارد، یا پاسخ ایمنی میزبان به عفونت آن چقدر قوی است تا استراتژی خود را برای بقا و تکثیر بهینه کند. در حالی که ممکن است فکر کردن در مورد تمام اطلاعاتی که ویروس‌ها می‌توانند جمع‌آوری کنند و احتمالاً از آنها برای بیمارتر کردن ما استفاده می‌کنند، آزاردهنده باشد، این اکتشافات همچنین فرصت‌هایی را برای درمان‌های جدید ایجاد می‌کند.
اریل می گوید: اگر در حال تولید یک داروی ضد ویروسی هستید و می دانید که ویروس به سیگنال خاصی گوش می دهد، شاید بتوانید ویروس را فریب دهید. با این حال، این امر فعلا میسر نیست. اریل می‌گوید: ما تازه شروع به کشف این کرده‌ایم که ویروس‌ها چگونه فعالانه به ما نگاه می‌کنند . چگونه آنچه را که در اطرافشان می‌گذرد نظارت می‌کنند و بر اساس آن تصمیم می‌گیرند.