Denník N

Vedci objavili molekulu, pomocou ktorej medzi sebou komunikujú vírusy

Bakteriofágy na povrchu svojej hostiteľskej baktérie. Foto – EPFL
Bakteriofágy na povrchu svojej hostiteľskej baktérie. Foto – EPFL

V budúcnosti by výskum mohol priniesť pokrok v liečbe chrípky, HIV či herpesu.

Bakteriofágy sú vírusy, ktoré dokážu infikovať baktérie. Aj keď to tak možno nevyzerá, ide o najrozšírenejšie a pravdepodobne aj najrozmanitejšie biologické častice na Zemi.

Slovko organizmus pri nich musíme používať opatrne, keďže vírusy neklasifikujeme úplne ako živé: nedokážu samy metabolizovať ani sa rozmnožovať. Ich pôvod v roku 2015 stanovili ako odnož pradávnych jednoduchých buniek.

Keď bakteriofág príde do kontaktu so svojou hostiteľskou bunkou, môže si počas jej infikovania zvoliť dve stratégie. Prvou je, že spustí plný útok a v baktériách sa začne množiť dovtedy, kým neprasknú, teda kým ich nezabije. Tomuto cyklu ich „života“ sa hovorí lytický alebo aj virulentný a jeho cieľom je tvorba čo najväčšieho počtu nových bakteriofágov.

Druhou možnosťou je lyzogénna fáza, ktorú si môžeme predstaviť ako špióna. Genóm takéhoto vírusu sa včlení do toho bakteriálneho, po čom nastáva fáza čakania. Baktéria môže takto žiť aj niekoľko generácií, vírus sa replikuje spolu s ňou a striehne na vhodné podmienky.

Prepínanie medzi týmito dvoma životnými cyklami je podľa novej štúdie, ktorú v Nature uverejnila skupina izraelských vedcov, kontrolovaná chemickými signálmi vylučovanými samotnými vírusmi.

Šťastná náhoda

Pôvodný plán výskumnej skupiny Rotema Soreka spočíval v identifikácii spôsobu, akým napadnuté baktérie upozorňujú na prítomnosť vírusu. Tento spôsob komunikácie predstavuje akúsi bakteriálnu sociálnu sieť, cez ktorú si jednotlivé baktérie presúvajú informácie o svojom okolí (z angl. quorum sensing).

Zisťujú napríklad, koľko „súrodencov“ majú okolo seba, a na základe toho sa im rozhodnú vyslať správu, či je načase začať sa hromadne deliť a spustiť zápal. Takáto komunikácia prebieha pomocou chemických signálov, napríklad oligopeptidov.

Počas experimentov sa však vedcom podarilo objaviť niečo iné: systém komunikácie založený na podobnom princípe, no medzi vírusmi. Ide o prvý dôkaz existencie takejto medzivírusovej komunikácie.

„Molekula, ktorú sme objavili, umožňuje každej generácii vírusov komunikovať s nasledujúcimi generáciami. Každý vírus dokáže spočítať, koľko predošlých vírusov dokázalo úspešne infikovať hostiteľské baktérie, a na základe toho sa rozhodnúť, ktorá z dvoch stratégií bude preň najlepšia.“ Rotem Sorek, Weizmann Institute of Science, Izrael

Bádatelia pracovali s bakteriofágom phi3T, ktorý prirodzene napáda a ničí baktérie druhu Bacillus subtilis. Ak nainfikovali kultúru týchto baktérií fágom phi3T, došlo k vyhubeniu baktérií. Ak následne z tejto kultúry odfiltrovali všetky zvyšky baktérií a vírusov a opätovne ju nainfikovali oboma organizmami, situácia sa zmenila. Bakteriofágy zmenili svoj životný cyklus na lyzogénny, prestali zabíjať svoje hostiteľské baktérie a začali sa deliť spolu s nimi.

V kultúre po prvej generácii baktérií a fágov teda muselo ostať niečo, čo ich správanie zmenilo.

Signálny peptid

Molekulu, ktorá to mala spôsobiť, nazvali vedci naprv „arbitrium“ (z latinčiny rozhodnutie). Ide o peptid zložený zo šiestich aminokyselín, ktoré vírusy vylučujú do svojho okolia. „Hľadali sme formu komunikácie medzi baktériami infikovanými fágmi, no zistili sme, že malé molekuly, ktoré sme nachádzali, boli vyslané samotnými fágmi,“ vysvetlil Rotem Sorek v univerzitnej správe.

Na začiatku infekcie má pre vírus zmysel, aby prešiel do modu rýchleho delenia, v ktorom rýchlo zabíja hostiteľa. Ak by to však preháňali, neostali by im žiadni hostitelia pre budúce generácie vírusov. Preto v určitom bode potrebujú vírusy zmeniť svoju stratégiu a prepnúť sa do druhého, nečinného modu.

Profesor Rotem Sorek v laboratóriu. Foto - http://wis-wander.weizmann.ac.il
Rotem Sorek v laboratóriu. Foto – wis-wander.weizmann.ac.il

„Molekula, ktorú sme objavili, umožňuje každej generácii vírusov komunikovať s nasledujúcimi generáciami. Každý vírus dokáže spočítať, koľko predošlých vírusov dokázalo úspešne infikovať hostiteľské baktérie, a na základe toho sa rozhodnúť, ktorá z dvoch stratégií bude preň najlepšia,“ dodal vedec.

Univerzálny systém

Sorekovmu tímu sa podarilo identifikovať aj systém, akým bakteriofágy zisťujú prítomnosť signálneho peptidu v roztoku. Arbitrium sa v nich viaže na bielkovinu označovanú ako AimR, čím ju deaktivujú. Bez tejto bielkoviny prevažuje vo fágoch lyzogénny (špiónsky) životný cyklus.

S týmito informáciami v rukách sa im potom podarilo zistiť, že rovnaký systém funguje vo viac ako sto ďalších fágoch.

Nebude prekvapením, ak by sa podobný signálny systém našiel aj vo vírusoch napádajúcich zložitejšie organizmy (vírus chrípky či herpesu a HIV). Posledné dva majú známe stavy, keď len zostávajú v ľudských bunkách bez toho, aby boli aktívne.

Ak by sme poznali molekulu, ktorá ich núti v tomto špiónskom štádiu zotrvať, mali by sme v rukách veľmi účinnú formu liečby. Vďaka Sorekovmu výskumu sa jej možno čoskoro dočkáme.

Dostupné z doi: 10.1038/nature21049, 10.1126/sciadv.1500527.

🗳️ Ak chcete podporiť našu prácu pred druhým kolom volieb aj nad rámec predplatného, môžete to urobiť aj darom.🗳️

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].

Príroda

Veda

Teraz najčítanejšie