يمكن أن تستشعر العاثيات تلف الحمض النووي البكتيري ، مما يدفعها إلى التكاثر والقفز من السفينة. Design Cells / iStock عبر Getty Images Plus
بعد أكثر من عامين من جائحة COVID-19 ، قد تتخيل الفيروس على أنه كرة شائكة سيئة - قاتل طائش يدخل خلية ويختطف أجهزتها لإنشاء نسخة غازية من نفسه قبل أن تنفجر. بالنسبة للعديد من الفيروسات ، بما في ذلك فيروس كورونا المسبب لمرض كوفيد -19، فإن لقب "القاتل الطائش" صحيح أساسًا.
ولكن هناك ما هو أكثر في بيولوجيا الفيروسات مما تراه العين.
خذ فيروس نقص المناعة البشرية ، الفيروس المسبب الإيدز. فيروس نقص المناعة البشرية هو الارتجاعي هذا لا يذهب مباشرة في فورة قتل عندما يدخل الخلية. بدلاً من ذلك ، يندمج في الكروموسومات والقشعريرة ، في انتظار اللحظة المناسبة لإصدار أوامر للخلية بعمل نسخ منها وتنفجر لإصابة الخلايا المناعية الأخرى وتسبب مرض الإيدز في النهاية.
بالضبط ما اللحظة التي ينتظرها فيروس نقص المناعة البشرية لا تزال مجال الدراسة النشطة. لكن الأبحاث التي أجريت على فيروسات أخرى ألمحت منذ فترة طويلة إلى أن هذه العوامل الممرضة يمكن أن تكون "مدروسة" تمامًا بشأن القتل. بالطبع ، الفيروسات لا تستطيع التفكير بالطريقة التي نفكر بها أنا وأنت. ولكن ، كما اتضح ، منحهم التطور بعض آليات صنع القرار المعقدة. بعض الفيروسات ، على سبيل المثال ، ستختار مغادرة الخلية التي كانت تقيم فيها إذا اكتشفت تلف الحمض النووي. حتى الفيروسات ، على ما يبدو ، لا تحب البقاء في سفينة تغرق.
My مختبر كان يدرس البيولوجيا الجزيئية لـ البكتيريا، أو العاثيات باختصار ، الفيروسات التي تصيب البكتيريا ، لأكثر من عقدين. في الآونة الأخيرة ، أنا وزملائي أظهرت يمكن أن تستمع العاثيات إلى الإشارات الخلوية الرئيسية لمساعدتها في اتخاذ القرار. والأسوأ من ذلك ، يمكنهم استخدام "آذان" الخلية للاستماع إليهم.
الهروب من تلف الحمض النووي
إذا كان عدو عدوك صديقك ، فإن العاثيات هي بالتأكيد أصدقاؤك. العاثيات السيطرة على التجمعات البكتيرية في الطبيعة ، ويستخدمها الأطباء بشكل متزايد علاج الالتهابات البكتيرية لا تستجيب للمضادات الحيوية.
أفضل العاثيات التي تمت دراستها ، لامدايعمل قليلا مثل فيروس نقص المناعة البشرية. عند دخول الخلية البكتيرية ، يقرر لامدا ما إذا كان ينبغي نسخ الخلية وقتلها تمامًا ، كما تفعل معظم الفيروسات ، أو دمج نفسها في كروموسوم الخلية ، كما يفعل فيروس نقص المناعة البشرية. إذا كان الأخير ، يتكاثر لامدا مع مضيفه في كل مرة تنقسم فيها البكتيريا.
يُظهر هذا الفيديو عاثية لامدا تصيب الإشريكية القولونية.
ولكن ، مثل فيروس نقص المناعة البشرية ، فإن لامدا لا تقف مكتوفة الأيدي. يستخدم بروتينًا خاصًا يسمى CI مثل سماعة الطبيب للاستماع إلى علامات تلف الحمض النووي داخل الخلية البكتيرية. إذا تعرض الحمض النووي للبكتيريا للخطر ، فهذه أخبار سيئة لعثة لامدا متداخلة داخلها. يقود الحمض النووي التالف مباشرة إلى مكب نفايات التطور لأنه عديم الفائدة للعاثية التي تحتاجها للتكاثر. لذا ، تشغل لامدا جينات التكاثر الخاصة بها ، وتصنع نسخًا من نفسها وتنفجر خارج الخلية للبحث عن المزيد من الخلايا غير التالفة لتصيبها.
التنصت على نظام اتصالات الخلية
بعض العاثيات ، بدلاً من جمع إنتل ببروتيناتها الخاصة ، انقر على مستشعر تلف الحمض النووي الخاص بالخلية المصابة: ليكسا.
البروتينات مثل CI و LexA هي عوامل النسخ التي تعمل على تشغيل الجينات وإيقافها عن طريق الارتباط بأنماط وراثية محددة في كتاب تعليمات الحمض النووي وهو الكروموسوم. اكتشفت بعض العاثيات مثل Coliphage 186 أنها لا تحتاج إلى بروتين CI الفيروسي الخاص بها إذا كان لديها تسلسل DNA قصير في كروموسوماتها التي يمكن أن ترتبط بها بكتيريا LexA. عند اكتشاف تلف الحمض النووي ، ستقوم LexA بتنشيط جينات التكاثر والقتل الخاصة بالعاثية ، مما يؤدي بشكل أساسي إلى مضاعفة عبور الخلية إلى الانتحار مع السماح للعاثية بالهروب.
أبلغ العلماء لأول مرة عن دور CI في اتخاذ قرارات العاثيات في 1980s وخدعة الاستخبارات المضادة Coliphage 186 في أواخر الثلاثينيات. منذ ذلك الحين ، كانت هناك بعض التقارير الأخرى عن قيام العاثيات بالتنصت على أنظمة الاتصال البكتيرية. مثال واحد هو فج phi29، الذي يستغل عامل النسخ الخاص بمضيفه لاكتشاف متى تستعد البكتيريا لتكوين بوغ ، أو نوع من البويضة البكتيرية قادرة على البقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية. يرشد Phi29 الخلية إلى حزم الحمض النووي الخاص بها في البوغ ، مما يؤدي إلى قتل البكتيريا الناشئة بمجرد إنبات البوغ.
تعمل عوامل النسخ على تشغيل الجينات وإيقافها.
لدينا في البحوث المنشورة مؤخرا، أنا وزملائي أظهرنا أن عدة مجموعات من العاثيات طورت بشكل مستقل القدرة على الاستفادة من نظام اتصال بكتيري آخر: بروتين CtrA. CtrA يدمج إشارات داخلية وخارجية متعددة لتحريك العمليات التنموية المختلفة في البكتيريا. المفتاح من بين هذه هو إنتاج الزوائد البكتيرية تسمى سوط وشعيرة. تبين أن هذه العاثيات تلتصق بشعرة البكتيريا وسوط البكتيريا من أجل إصابتها.
فرضيتنا الرائدة هي أن العاثيات تستخدم CtrA للتخمين عندما يكون هناك ما يكفي من البكتيريا القريبة من الشعيرات والأسواط الرياضية التي يمكن أن تصيبها بسهولة. خدعة ذكية جدًا لـ "قاتل طائش".
هذه ليست العاثيات الوحيدة التي تتخذ قرارات متقنة - كل ذلك بدون الاستفادة حتى من امتلاك دماغ. بعض العاثيات التي تصيب بكتير مسبب لمرض تنتج البكتيريا جزيءًا صغيرًا في كل مرة تصيب فيها خلية. يمكن للعاثيات الشعور بهذا الجزيء واستخدامه احسب عدد الإصابات بالعاثيات حولهم. مثل الغزاة الفضائيين ، يساعد هذا العدد في تحديد متى يجب عليهم تشغيل جيناتهم المتكاثرة والقتل ، والقتل فقط عندما يكون المضيفون بوفرة نسبيًا. وبهذه الطريقة ، تتأكد العاثيات من عدم نفاد العوائل أبدًا لإصابة وضمان بقائهم على قيد الحياة على المدى الطويل.
مكافحة التجسس المضاد الفيروسي
قد تتساءل لماذا يجب أن تهتم بعمليات التجسس المضادة التي تديرها الفيروسات البكتيرية. في حين أن البكتيريا مختلفة تمامًا عن البشر ، فإن الفيروسات التي تصيبها هي كذلك ليس مختلفا من الفيروسات التي تصيب البشر. علم كل خدعة وقد ثبت لاحقًا أن الفيروسات البشرية تستخدم من قبل العاثيات. إذا كان بإمكان العاثية النقر على خطوط الاتصال البكتيرية ، فلماذا لا يلحق فيروس بشري بك؟
حتى الآن ، لا يعرف الباحثون ما الذي يمكن أن تستمع إليه الفيروسات البشرية إذا اختطفت هذه الخطوط ، ولكن يتبادر إلى الذهن الكثير من الخيارات. أعتقد أنه ، مثل العاثيات ، يمكن للفيروسات البشرية أن تكون قادرة على حساب أعدادها لوضع الاستراتيجيات واكتشاف نمو الخلايا وتكوين الأنسجة وحتى مراقبة الاستجابات المناعية. في الوقت الحالي ، هذه الاحتمالات مجرد تكهنات ، لكن التحقيق العلمي جار.
إن وجود فيروسات تستمع إلى المحادثات الخاصة بخلاياك ليست أكثر الصور وردية ، لكنها لا تخلو من الجانب المشرق. كما تعلم وكالات الاستخبارات في جميع أنحاء العالم جيدًا ، فإن الاستخبارات المضادة تعمل فقط عندما تكون سرية. بمجرد اكتشافه ، يمكن بسهولة استغلال النظام لتزويد عدوك بمعلومات خاطئة. وبالمثل ، أعتقد أن العلاجات المستقبلية المضادة للفيروسات قد تكون قادرة على الجمع بين المدفعية التقليدية ، مثل مضادات الفيروسات التي تمنع تكاثر الفيروس ، مع خداع حرب المعلومات ، مثل جعل الفيروس يعتقد أن الخلية الموجودة فيه تنتمي إلى نسيج مختلف.
لكن ، الصمت ، لا تخبر أحداً. يمكن للفيروسات أن تستمع!
نبذة عن الكاتب
إيفان إيريل, أستاذ مشارك في العلوم البيولوجية, جامعة ميريلاند ، مقاطعة بالتيمور
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.
كتب ذات صلة:
الجسم يحافظ على النتيجة: العقل والجسم في شفاء الصدمة
بقلم بيسيل فان دير كولك
يستكشف هذا الكتاب الروابط بين الصدمة والصحة البدنية والعقلية ، ويقدم رؤى واستراتيجيات للشفاء والتعافي.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
التنفس: العلم الجديد لفن ضائع
بواسطة جيمس نيستور
يستكشف هذا الكتاب علم وممارسة التنفس ، ويقدم رؤى وتقنيات لتحسين الصحة البدنية والعقلية.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
مفارقة النبات: الأخطار الخفية في الأطعمة "الصحية" التي تسبب المرض وزيادة الوزن
بواسطة ستيفن ر
يستكشف هذا الكتاب الروابط بين النظام الغذائي والصحة والمرض ، ويقدم رؤى واستراتيجيات لتحسين الصحة والعافية بشكل عام.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
قانون المناعة: النموذج الجديد للصحة الحقيقية ومكافحة الشيخوخة الجذرية
بواسطة جويل جرين
يقدم هذا الكتاب منظورًا جديدًا للصحة والمناعة ، بالاعتماد على مبادئ علم التخلق ويقدم رؤى واستراتيجيات لتحسين الصحة والشيخوخة.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
الدليل الكامل للصيام: اشفي جسدك بالصيام المتقطع ، والصيام المتناوب ، والممتد
بقلم الدكتور جيسون فونج وجيمي مور
يستكشف هذا الكتاب علم وممارسة الصيام ويقدم رؤى واستراتيجيات لتحسين الصحة والعافية بشكل عام.
