Dodano: 18 grudzień 2018r.

Zidentyfikowano wirusa, który potrafi „szpiegować” bakterie, żeby później je zabić

Naukowcy odkryli wirusa, który może "szpiegować" molekularną komunikację między bakteriami. Znaleźli także sposób, by wykorzystać nietypową zdolność VP882. W ten sposób powstał wirus, który zabija bakterie na polecenie.

 

Badania opublikowane w czasopiśmie „Cell” były przeprowadzone przez profesor Bonnie Bassler oraz Justina Silpe z Uniwersytetu Princeton. Odkryli oni, że wirus VP882 potrafi „podsłuchiwać” bakterie i na tej podstawie decydować o ich likwidacji. Wirus zabija tylko wtedy, kiedy wie, że bakteria nie jest sama, by w razie zniszczenia bakterii mógł bezpiecznie przejść do następnego celu. Jeśli nie ma w pobliżu nowych gospodarzy wirus nie będzie zabijał.

- Pomysł, że wirus wykrywa molekułę, którą bakterie wykorzystują do komunikacji jest zupełnie nowy. Justin znalazł pierwszy taki naturalnie występującą przypadek, a następnie tak przeprojektował wirusa, aby ten mógł dostarczyć dowolne dane sensoryczne, a nie wyłącznie molekuły służące do komunikacji. Taki wirus zabija na żądanie - powiedziała Bassler.

Bakterie mogą komunikować się za pomocą sygnałów chemicznych, aby wykrywać się nawzajem. To tzw. quorum sensing. Te molekularne komunikaty służą do ustalenia wspólnego działania. Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwowano podczas hodowli bakterii bioluminescencyjnych. Pospolite drobnoustroje z mórz i oceanów zaczynały świecić dopiero po osiągnięciu pewnego zagęszczenia, jak nazwa wskazuje, po ustanowieniu kworum. Od razu pojawiło się pytanie, dlaczego nie świecą, jak jest ich mniej? Szczegółowe badania pokazały, że bakterie wytwarzają związki chemiczne, które mają charakter komunikatu i to one informują całą kolonię o wspólnym działaniu.

 

Bassler była zaskoczona odkryciem wirusa, który jest zdolny „szpiegować” bakterie i wyczuwać kworum. VP882 potrafi przechwycić taki komunikat, co daje mu informację, że bakterie są w większej ilość w pobliżu. Zwiększa to szanse, że gdy wirus zabije, natychmiast napotka nowych gospodarzy. - To genialne i podstępne - przyznała Bassler.

- Te cząsteczki wyczuwające kworum przekazują informacje przekraczające granice królestwa. Nie wszyscy mogą ich wysłuchiwać, ale jasne jest, że te wirusy potrafią to robić, „słuchać” informacji swoich gospodarzy, a następnie użyć ich, aby je zabić. Wirusy nie są w tym samym królestwie co bakterie. Możliwość wykrywania i interpretowania sygnałów tak radykalnie różnych organizmów po prostu oszałamia – powiedziała Bassler.

Po znalezieniu pierwszego dowodu na „szpiegowskie” zacięcie wirusów, Silpe zaczął szukać dalej i znalazł więcej przykładów komunikacji między królestwami. - Zapoczątkował nowe pole badań. Pomysł, że istnieje tylko jeden przykład tej komunikacji między królestwami, nie miał dla nas sensu: Justin odkrył pierwszy przypadek, a następnie poszedł głębiej i znalazł cały zestaw wirusów, które mają podobne możliwości. Nie jest jasne, czy wszystkie „słuchają” tych samych informacji, ale na pewno mogą to robić – podkreśliła Bassler.

- Komunikacja wydaje się taką ewolucyjną cechą, że gdy słyszymy o prymitywnych organizmach, które są zdolne do komunikacji, to po prostu oszałamiające. Wirusy są nawet prostsze niż bakterie, mają około 70 genów, co jest naprawdę niezwykłe, że poświęcają jeden z nich na wykrywanie kworum – powiedział Silpe.

Po odkryciu tych osobliwych możliwości wirusa VP882, Silpe zaczął eksperymentować z podawaniem fałszywych informacji wirusowi, by zabijał komórkę na polecenie. Udało mu się oszukać wirusa. Zmienił drapieżnika w zabójcę, co można wykorzystać w nowych terapiach. Silpe z powodzeniem przetestował ten sposób na bakteriach cholery, E. coli oraz salmonelli.

VP882 nie byłby pierwszym wirusem stosowanym jako lek przeciwdrobnoustrojowy. Wirusy, które żerują na bakteriach to bakteriofagi, a terapia z ich użyciem - ukierunkowana na chorobę bakteryjną - jest znaną strategią medyczną. Ale VP882 jest pierwszym bakteriofagiem, który wykorzystuje podsłuch, aby wiedzieć, kiedy najlepiej zabić swoich gospodarzy.

- Ta praca przedstawia zupełnie nową perspektywę na dynamiczny związek między wirusami i ich gospodarzami - powiedział Graham Hatfull, profesor biologii na Uniwersytecie w Pittsburghu, który nie był zaangażowany w badania. – To mówi nam po raz pierwszy, że kiedy bakteriofag jest w stanie lizogennym (uśpionym), to nie jest to twardy sen, ale raczej czujna drzemka z jednym okiem otwartym i nadstawionym uchem. Gdy „usłyszy” komunikat, że komórki przygotowują się do reagowania na zmiany w swoim środowisku, jest od razu gotowy do odpowiedzi – wyjaśnił.

Jak przyznała Bassler, wirus VP882 jest obiecującym narzędziem terapeutycznym. Większość wirusów może infekować tylko określony typ komórek. Wirusy grypy, na przykład, infekują komórki płuc, HIV atakuje tylko określone komórki układu immunologicznego, ale wirus VP882 ma wyjątkowo szeroki zakres gospodarzy.

Hatfull jest również optymistą co do użyteczności tego przeprojektowanego wirusa w walce z bakteriami odpornymi na antybiotyki. - Oporność na antybiotyki jest poważnym globalnym zagrożeniem dla zdrowia i istnieje wyraźny popyt na nowe strategie i podejścia do tego problemu - powiedział.

Zespół wierzy, że istnieje wiele wirusów, które działają jak VP882 i że jest to początek zupełnie nowej dziedziny.

 

Na zdjęciu bakterie E. coli zawierają białka z wirusa VP882. Kiedy wirus jest w trybie "uśpienia" (po lewej), bakterie rosną, a wirusowe białko rozprzestrzenia się w każdej komórce. Gdy wirus „podsłucha”, że jego gospodarze osiągnęli kworum (po prawej), przełącza się w tryb "zabijania". Wszystkie komórki w prawym panelu wkrótce umrą.

 

Źródło: Princeton University, fot. Bonnie Bassler/ Justin Silpe/ Department of Molecular Biology, Princeton University