Nararamdaman ng Phages ang pagkasira ng bacterial DNA, na nag-trigger sa kanila na magtiklop at tumalon. Design Cells/iStock sa pamamagitan ng Getty Images Plus
Pagkatapos ng higit sa dalawang taon ng pandemya ng COVID-19, maaari mong isipin ang isang virus bilang isang masamang spiked na bola - isang walang isip na mamamatay-tao na pumapasok sa isang cell at nang-hijack ng makinarya nito upang lumikha ng isang gazillion na kopya ng sarili nito bago sumabog. Para sa maraming mga virus, kabilang ang coronavirus na nagdudulot ng COVID-19, ang epithet na "walang isip na mamamatay" ay mahalagang totoo.
Ngunit may higit pa sa virus biology kaysa sa nakikita ng mata.
Kunin ang HIV, ang virus na sanhi AIDS. Ang HIV ay isang retrovirus na hindi direktang pumupunta sa isang pagpatay kapag ito ay pumasok sa isang selda. Sa halip, isinasama nito ang sarili sa iyong mga chromosome at panginginig, naghihintay ng tamang sandali upang utusan ang cell na gumawa ng mga kopya nito at sumabog upang mahawahan ang iba pang mga immune cell at sa huli ay magdulot ng AIDS.
Eksakto kung anong sandali ang hinihintay ng HIV ay isang lugar ng aktibong pag-aaral. Ngunit ang pananaliksik sa iba pang mga virus ay matagal nang nagpahiwatig na ang mga pathogen na ito ay maaaring maging "maalalahanin" tungkol sa pagpatay. Siyempre, hindi maaaring mag-isip ang mga virus sa paraang ikaw at ako. Ngunit, tulad ng lumalabas, pinagkalooban sila ng ebolusyon ng ilang medyo detalyadong mekanismo sa paggawa ng desisyon. Ang ilang mga virus, halimbawa, ay pipiliin na umalis sa cell na kanilang tinitirhan kung matukoy nila ang pinsala sa DNA. Kahit na ang mga virus, lumalabas, ay gustong manatili sa isang lumulubog na barko.
My laboratoryo ay pinag-aaralan ang molecular biology ng mga bacteriophage, o phages sa madaling salita, ang mga virus na nakahahawa sa bakterya, sa loob ng mahigit dalawang dekada. Kamakailan, ang aking mga kasamahan at ako ay nagpakita na maaaring makinig ang mga phage para sa mga pangunahing signal ng cellular upang matulungan sila sa kanilang paggawa ng desisyon. Ang mas masahol pa, maaari nilang gamitin ang sariling “mga tainga” ng selda para makinig sa kanila.
Pagtakas sa pinsala sa DNA
Kung ang kaaway ng iyong kaaway ay iyong kaibigan, ang mga phage ay tiyak na iyong mga kaibigan. Phages kontrolin ang populasyon ng bakterya sa kalikasan, at lalong ginagamit sila ng mga clinician gamutin ang bacterial infection na hindi tumutugon sa antibiotics.
Ang pinakamahusay na pinag-aralan na phage, lambda, gumagana nang kaunti tulad ng HIV. Sa pagpasok sa bacterial cell, magpapasya ang lambda kung i-replika at papatayin ang cell nang tahasan, tulad ng ginagawa ng karamihan sa mga virus, o isasama ang sarili nito sa chromosome ng cell, tulad ng ginagawa ng HIV. Kung ang huli, hindi nakakapinsala ang lambda sa host nito sa tuwing nahahati ang bacteria.
Ang video na ito ay nagpapakita ng lambda phage na nakakahawa sa E. coli.
Ngunit, tulad ng HIV, ang lambda ay hindi lamang nakaupong walang ginagawa. Gumagamit ito ng espesyal na protina na tinatawag na CI tulad ng stethoscope upang makinig sa mga senyales ng pagkasira ng DNA sa loob ng bacterial cell. Kung ang DNA ng bacterium ay nakompromiso, iyon ay masamang balita para sa lambda phage na nakapugad sa loob nito. Dumiretso ang nasirang DNA sa landfill ng ebolusyon dahil wala itong silbi para sa phage na nangangailangan nito para magparami. Kaya't i-on ng lambda ang mga replication genes nito, gumagawa ng mga kopya ng sarili nito at lumabas sa cell upang maghanap ng higit pang hindi nasirang mga cell na makakahawa.
Pag-tap sa sistema ng komunikasyon ng cell
Ang ilang mga phage, sa halip na magtipon ng intel gamit ang sarili nilang mga protina, i-tap ang mismong DNA damage sensor ng infected na cell: LexA.
Ang mga protina tulad ng CI at LexA ay salik sa salik na i-on at i-off ang mga gene sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga partikular na genetic pattern sa loob ng aklat ng pagtuturo ng DNA na ang chromosome. Napag-alaman ng ilang phage tulad ng Coliphage 186 na hindi nila kailangan ang sarili nilang viral CI protein kung mayroon silang maikling DNA sequence sa kanilang mga chromosome na maaaring itali ng bacterial LexA. Sa pag-detect ng pinsala sa DNA, ia-activate ng LexA ang replicate-and-kill genes ng phage, na mahalagang dobleng pagtawid sa cell sa pagpapakamatay habang pinapayagan ang phage na makatakas.
Unang iniulat ng mga siyentipiko ang papel ng CI sa paggawa ng desisyon ng phage sa 1980s at counterintelligence trick ng Coliphage 186 noong huling bahagi ng 1990s. Simula noon, nagkaroon ng ilang iba pang mga ulat ng mga phage na nagta-tap sa mga bacterial communication system. Ang isang halimbawa ay phage phi29, na nagsasamantala sa transcription factor ng host nito upang matukoy kung kailan naghahanda ang bacterium na bumuo ng spore, o isang uri ng bacterial egg may kakayahang makaligtas sa matinding kapaligiran. Inutusan ng Phi29 ang cell na i-package ang DNA nito sa spore, papatayin ang namumuong bacteria kapag tumubo ang spore.
I-on at i-off ng mga transcription factor ang mga gene.
Sa aming kamakailan-publish na pananaliksik, ipinapakita namin ng aking mga kasamahan na ilang grupo ng mga phage ang nakapag-iisa na nag-evolve ng kakayahang mag-tap sa isa pang bacterial communication system: ang CtrA protein. Pinagsasama ng CtrA ang maraming panloob at panlabas na signal upang i-set sa paggalaw ang iba't ibang mga proseso ng pag-unlad sa bakterya. Ang susi sa mga ito ay ang paggawa ng mga bacterial appendage na tinatawag flagella at pili. Lumalabas, ang mga phage na ito ay nakakabit sa pili at flagella ng bakterya upang mahawa ang mga ito.
Ang aming nangungunang hypothesis ay ang mga phage ay gumagamit ng CtrA upang hulaan kung kailan magkakaroon ng sapat na bakterya sa malapit na sporting pili at flagella na madali nilang mahawahan. Isang medyo matalinong trick para sa isang "walang isip na mamamatay."
Ang mga ito ay hindi lamang ang mga phage na gumagawa ng detalyadong mga desisyon - lahat nang walang pakinabang ng kahit na pagkakaroon ng utak. Ilang phage na nakakahawa Bacillus ang bakterya ay gumagawa ng isang maliit na molekula sa tuwing makakahawa sila sa isang cell. Nararamdaman ng mga phage ang molekula na ito at ginagamit ito bilangin ang bilang ng mga impeksyon sa phage nagaganap sa kanilang paligid. Tulad ng mga alien invaders, nakakatulong ang bilang na ito na magpasya kung kailan nila dapat i-on ang kanilang mga replicate-and-kill genes, na pumapatay lamang kapag medyo marami ang mga host. Sa ganitong paraan, tinitiyak ng mga phage na hindi sila mauubusan ng mga host upang mahawahan at magarantiya ang kanilang sariling pangmatagalang kaligtasan.
Paglaban sa viral counterintelligence
Maaaring nagtataka ka kung bakit dapat mong alalahanin ang mga counterintelligence ops na pinapatakbo ng mga bacterial virus. Bagama't ibang-iba ang bacteria sa mga tao, ang mga virus na nakakahawa sa kanila ay hindi na iba mula sa mga virus na nakahahawa sa mga tao. medyo marami bawat isang trick Ang nilalaro ng mga phage ay ipinakita sa kalaunan na ginagamit ng mga virus ng tao. Kung ang isang phage ay maaaring mag-tap sa bacterial communication lines, bakit hindi tina-tap ng isang human virus ang sa iyo?
Sa ngayon, hindi alam ng mga mananaliksik kung ano ang maaaring pinakinggan ng mga virus ng tao kung i-hijack nila ang mga linyang ito, ngunit maraming mga opsyon ang naiisip. Naniniwala ako na, tulad ng mga phage, ang mga virus ng tao ay maaaring mabilang ang kanilang mga numero upang mag-strategize, matukoy ang paglaki ng cell at pagbuo ng tissue at kahit na masubaybayan ang mga immune response. Sa ngayon, ang mga posibilidad na ito ay haka-haka lamang, ngunit isinasagawa ang siyentipikong pagsisiyasat.
Ang pagkakaroon ng mga virus na nakikinig sa mga pribadong pag-uusap ng iyong mga cell ay hindi ang pinaka-rosas sa mga larawan, ngunit hindi ito walang silver lining. Tulad ng alam ng mga ahensya ng intelligence sa buong mundo, gumagana lang ang counterintelligence kapag ito ay tago. Kapag na-detect, ang system ay napakadaling mapagsamantalahan upang magbigay ng maling impormasyon sa iyong kaaway. Katulad nito, naniniwala ako na maaaring pagsamahin ng mga antiviral therapies sa hinaharap ang mga kumbensyonal na artilerya, tulad ng mga antiviral na pumipigil sa pagtitiklop ng viral, sa panlilinlang sa pakikipagdigma sa impormasyon, gaya ng pagpapapaniwala sa virus na ang cell na kinaroroonan nito ay kabilang sa ibang tissue.
Ngunit, tumahimik, huwag sabihin kahit kanino. Maaaring nakikinig ang mga virus!
Tungkol sa Ang May-akda
Ivan Erill, Associate Professor ng Biological Sciences, University of Maryland, Baltimore County
Ang artikulong ito ay muling nai-publish mula sa Ang pag-uusap sa ilalim ng lisensya ng Creative Commons. Basahin ang ang orihinal na artikulo.
Mga Kaugnay na Libro:
The Body Keeps the Score: Brain Mind and Body in the Healing of Trauma
ni Bessel van der Kolk
Tinutuklas ng aklat na ito ang mga koneksyon sa pagitan ng trauma at pisikal at mental na kalusugan, na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapagaling at pagbawi.
I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order
Paghinga: Ang Bagong Agham ng Nawalang Sining
ni James Nestor
Sinasaliksik ng aklat na ito ang agham at kasanayan sa paghinga, na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapabuti ng pisikal at mental na kalusugan.
I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order
The Plant Paradox: Ang Mga Nakatagong Panganib sa "Malulusog" na Pagkaing Nagdudulot ng Sakit at Pagtaas ng Timbang
ni Steven R. Gundry
Tinutuklas ng aklat na ito ang mga link sa pagitan ng diyeta, kalusugan, at sakit, na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapabuti ng pangkalahatang kalusugan at kagalingan.
I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order
The Immunity Code: The New Paradigm for Real Health and Radical Anti-Aging
ni Joel Greene
Ang aklat na ito ay nag-aalok ng bagong pananaw sa kalusugan at kaligtasan sa sakit, na kumukuha sa mga prinsipyo ng epigenetics at nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pag-optimize ng kalusugan at pagtanda.
I-click para sa karagdagang impormasyon o para mag-order
Ang Kumpletong Gabay sa Pag-aayuno: Pagalingin ang Iyong Katawan sa Pamamagitan ng Pasulput-sulpot, Kahaliling Araw, at Pinahabang Pag-aayuno
ni Dr. Jason Fung at Jimmy Moore
Tinutuklas ng aklat na ito ang agham at kasanayan ng pag-aayuno na nag-aalok ng mga insight at diskarte para sa pagpapabuti ng pangkalahatang kalusugan at kagalingan.
