פאג'ים יכולים לחוש נזק ל-DNA חיידקי, מה שגורם להם לשכפל ולקפוץ לספינה. עיצוב תאים/iStock באמצעות Getty Images Plus
אחרי יותר משנתיים של מגיפת ה-COVID-19, אתה עלול לדמיין וירוס ככדור דוקרני מגעיל - רוצח חסר שכל שנכנס לתא וחוטף את המכונות שלו כדי ליצור גזיליון עותקים של עצמו לפני שהוא מתפרץ החוצה. עבור וירוסים רבים, כולל ה וירוס קורונה שגורם ל-COVID-19, הכינוי "רוצח חסר שכל" נכון בעצם.
אבל יש יותר בביולוגיה של וירוסים ממה שנראה לעין.
קח HIV, הנגיף שגורם איידס. HIV הוא א רטרווירוס שאינו יוצא ישירות למסע הרג כאשר הוא נכנס לתא. במקום זאת, הוא משלב את עצמו בכרומוזומים ובצמרמורות שלך, מחכה לרגע הנכון כדי לצוות על התא ליצור ממנו עותקים ולפרוץ החוצה כדי להדביק תאי חיסון אחרים ובסופו של דבר לגרום לאיידס.
בדיוק הרגע לו מחכה HIV הוא עדיין תחום לימוד פעיל. אבל מחקר על וירוסים אחרים רמז זה מכבר שפתוגנים אלה יכולים להיות די "מתחשבים" לגבי הרג. כמובן, וירוסים לא יכולים לחשוב כמו שאתה ואני חושבים. אבל, כפי שמתברר, האבולוציה העניקה להם כמה מנגנוני קבלת החלטות די משוכללים. נגיפים מסוימים, למשל, יבחרו לעזוב את התא בו הם שוהים אם הם מזהים נזק ל-DNA. אפילו וירוסים, כך נראה, לא אוהבים להישאר בספינה טובעת.
My מעבדה חקר את הביולוגיה המולקולרית של בקטריופאגים, או בקיצור פאג'ים, הנגיפים שמדביקים חיידקים, כבר למעלה משני עשורים. לאחרונה, עמיתיי ואני הראה שפאג'ים יכולים להקשיב לאותות סלולריים מרכזיים כדי לעזור להם בקבלת ההחלטות שלהם. גרוע מכך, הם יכולים להשתמש ב"אוזניים" של התא עצמו כדי לבצע את ההאזנה עבורם.
נמלט נזק DNA
אם האויב של האויב שלך הוא חבר שלך, פאגים הם בהחלט החברים שלך. פאגים לשלוט על אוכלוסיות חיידקים בטבע, ורופאים משתמשים בהם יותר ויותר לטפל בזיהומים חיידקיים שאינם מגיבים לאנטיביוטיקה.
הפאג' הנחקר ביותר, למבדה, עובד קצת כמו HIV. עם הכניסה לתא החיידק, למבדה מחליטה אם לשכפל ולהרוג את התא על הסף, כפי שעושים רוב הנגיפים, או לשלב את עצמה בכרומוזום התא, כפי שעושה HIV. אם זה האחרון, הלמבדה משתכפלת בצורה בלתי מזיקה עם המארח שלה בכל פעם שהחיידק מתחלק.
סרטון זה מציג פאג למבדה המדביק את E. coli.
אבל, כמו HIV, למבדה לא סתם יושבת בטלה. הוא משתמש בחלבון מיוחד בשם CI כמו סטטוסקופ כדי להקשיב לסימנים של נזק ל-DNA בתוך תא החיידק. אם ה-DNA של החיידק נפגע, אלו חדשות רעות לפאג' הלמבדה המקנן בתוכו. DNA פגום מוביל היישר למזבלה של האבולוציה מכיוון שהוא חסר תועלת עבור הפאג' שזקוק לו כדי להתרבות. אז הלמבדה מפעילה את גני השכפול שלה, מייצרת עותקים מעצמה ופורצת החוצה מהתא כדי לחפש עוד תאים לא פגומים להדביק.
הקשה על מערכת התקשורת של התא
חלק מהפאגים, במקום לאסוף מידע עם החלבונים שלהם, מקישים על חיישן נזקי ה-DNA של התא הנגוע: LexA.
חלבונים כמו CI ו- LexA הם גורמי תמלול שמדליקים ומכבים גנים על ידי קשירה לדפוסים גנטיים ספציפיים בספר ההוראות של ה-DNA שהוא הכרומוזום. כמה פאג'ים כמו קוליפאג' 186 הבינו שהם לא צריכים חלבון CI ויראלי משלהם אם יש להם רצף DNA קצר בכרומוזומים שלהם הלקסA החיידקית יכולה להיקשר אליו. לאחר זיהוי נזק ל-DNA, LexA תפעיל את הגנים לשכפול-והרוג הפאג', ובעצם יחצה את התא כפול להתאבדות תוך מתן אפשרות לפאג' לברוח.
מדענים דיווחו לראשונה על תפקידו של CI בקבלת החלטות פאג'ים ב 1980s וטריק המודיעין הנגדי של קוליפאג' 186 בסוף שנות השלושים. מאז, היו כמה דיווחים נוספים על פאג'ים המקישים על מערכות תקשורת חיידקיות. דוגמה אחת היא phage phi29, המנצל את גורם התעתוק של המארח שלו כדי לזהות מתי החיידק מתכונן ליצור נבג, או מעין ביצית חיידקית מסוגל לשרוד סביבות קיצוניות. Phi29 מורה לתא לארוז את ה-DNA שלו לתוך הנבג, ולהרוג את החיידקים הניצנים ברגע שהנבג נובט.
גורמי שעתוק מדליקים ומכבים גנים.
בשלנו לאחרונה פורסם מחקר, עמיתיי ואני מראים שמספר קבוצות של פאגים פיתחו באופן עצמאי את היכולת להתחבר למערכת תקשורת חיידקית נוספת: חלבון CtrA. CtrA משלב מספר אותות פנימיים וחיצוניים כדי להפעיל תהליכי התפתחות שונים בחיידקים. המפתח ביניהם הוא ייצור של נספחים חיידקיים הנקראים flagella ו-pili. מסתבר שהפאג'ים הללו מתחברים ל-pili ול-flaella של חיידקים כדי להדביק אותם.
ההשערה המובילה שלנו היא שפאג'ים משתמשים ב-CtrA כדי להעריך מתי יהיו מספיק חיידקים בקרבת מקום ספורטיביים ופלגלה שהם יכולים להדביק בקלות. טריק חכם למדי עבור "רוצח חסר שכל".
אלה לא הפאג'ים היחידים שמקבלים החלטות מורכבות - כל זאת בלי היתרון של אפילו מוח. כמה פאגים שמדביקים חַידַק חיידקים מייצרים מולקולה קטנה בכל פעם שהם מדביקים תא. הפאג'ים יכולים לחוש מולקולה זו ולהשתמש בה לספור את מספר זיהומי הפאג' מתרחש סביבם. כמו פולשים חייזרים, ספירה זו מסייעת להחליט מתי עליהם להפעיל את הגנים לשכפל-והרוג שלהם, והורגת רק כאשר המארחים נמצאים בשפע יחסית. בדרך זו, הפאג'ים מוודאים שלעולם לא ייגמרו להם המארחים כדי להדביק ולהבטיח את הישרדותם לטווח ארוך.
נגד מודיעין נגד ויראלי
ייתכן שאתה תוהה מדוע כדאי לך לדאוג לפעולות הביון הנגדי המנוהלות על ידי וירוסים חיידקיים. בעוד שחיידקים שונים מאוד מאנשים, הנגיפים שמדביקים אותם הם לא שונה מהנגיפים שמדביקים בני אדם. די הרבה כל טריק מאוחר יותר הוכח כי הוא משמש על ידי נגיפים אנושיים. אם פאג' יכול להקיש על קווי תקשורת חיידקיים, למה שנגיף אנושי לא יקיש על שלך?
עד כה, החוקרים לא יודעים למה נגיפים אנושיים יכולים להאזין אם הם חוטפים את השורות האלה, אבל הרבה אפשרויות עולות בראשם. אני מאמין שבדומה לפאג'ים, וירוסים אנושיים יכולים להיות מסוגלים לספור את מספרם כדי ליצור אסטרטגיה, לזהות צמיחת תאים והיווצרות רקמות ואפילו לנטר את התגובות החיסוניות. לעת עתה, האפשרויות הללו הן רק ספקולציות, אך חקירה מדעית מתנהלת.
האזנה של וירוסים לשיחות הפרטיות של התאים שלך היא לא התמונות הוורודות ביותר, אבל היא לא נטולת רירית כסופה. כפי שסוכנויות מודיעין בכל העולם יודעות היטב, מודיעין נגדי עובד רק כשהוא סמוי. לאחר שזוהה, ניתן לנצל את המערכת בקלות רבה כדי להזין מידע שגוי לאויב שלך. באופן דומה, אני מאמין שטיפולים אנטי-ויראליים עתידיים עשויים לשלב ארטילריה קונבנציונלית, כמו אנטי-ויראלים המונעים שכפול נגיפי, עם תחבולות בלוחמת מידע, כמו לגרום לנגיף להאמין שהתא שבו הוא נמצא שייך לרקמה אחרת.
אבל, שקט, אל תספר לאף אחד. יכול להיות וירוסים מקשיבים!
על המחבר
איבן אריל, פרופסור חבר למדעי הביולוגיה, אוניברסיטת מרילנד, מחוז בולטימור
מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.
ספרים קשורים:
הגוף שומר על הציון: מוח וגוף בריפוי טראומה
מאת בסל ואן דר קולק
ספר זה בוחן את הקשרים בין טראומה לבריאות גופנית ונפשית, ומציע תובנות ואסטרטגיות לריפוי והחלמה.
נשימה: המדע החדש של אמנות אבודה
מאת ג'יימס נסטור
ספר זה חוקר את המדע והפרקטיקה של הנשימה, ומציע תובנות וטכניקות לשיפור הבריאות הגופנית והנפשית.
פרדוקס הצמח: הסכנות הנסתרות במזונות "בריאים" הגורמים למחלות ולעלייה במשקל
מאת סטיבן ר. גונדרי
ספר זה בוחן את הקשרים בין תזונה, בריאות ומחלות, ומציע תובנות ואסטרטגיות לשיפור הבריאות והרווחה הכללית.
קוד החסינות: הפרדיגמה החדשה לבריאות אמיתית ואנטי אייג'ינג רדיקלי
מאת ג'ואל גרין
ספר זה מציע נקודת מבט חדשה על בריאות וחסינות, תוך הסתמכות על עקרונות של אפיגנטיקה ומציע תובנות ואסטרטגיות לייעול בריאות והזדקנות.
המדריך המלא לצום: רפא את גופך באמצעות צום לסירוגין, יום חלופי וארוך
מאת ד"ר ג'ייסון פונג וג'ימי מור
ספר זה חוקר את המדע והפרקטיקה של צום ומציע תובנות ואסטרטגיות לשיפור הבריאות והרווחה הכללית.
