باکتری‌ها از سلاح ویروس علیه خود ویروس استفاده می‌کنند

باکتریوفاژ (قرمز) در حال آلوده کردن و کشتن E.coli (آبی) در سه مرحله. اعتبار: تصویرسازی توسط دیوید اس. گودسل، بانک اطلاعات پروتئین RCSB و مؤسسه تحقیقات اسکریپس. doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-048

با این حال، درمان فاژ با مانع بزرگی روبرو است. باکتری‌ها در برابر ویروس‌ها بی‌دفاع نیستند. آن‌ها سیستم ایمنی خود را تکامل داده‌اند و درک این دفاع‌ها می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا فاژهای درمانی مؤثرتری را توسعه دهند که بتوانند بر آن‌ها غلبه کنند.

تحقیقات جدید اکنون یک راه مهم را شناسایی کرده است که باکتری‌ها حمله ویروسی را تشخیص می‌دهند. دانشمندان دریافتند که یک آنزیم ویروسی یک مولکول حسگر حیاتی را در داخل سلول باکتریایی برش می‌دهد. آن آسیب به عنوان یک هشدار عمل می‌کند و یک پاسخ ایمنی را فعال می‌کند. این کشف در نهایت می‌تواند به محققان کمک کند تا درمان‌های فاژ مؤثرتری را توسعه دهند که قادر به اجتناب از دفاع‌های ایمنی باکتریایی باشند.

"این یکی از رایج‌ترین اشکال ایمنی باکتریایی است، بنابراین وقتی بالاخره آن را فهمیدیم، یک لحظه اکتشافی کامل بود،" می‌گوید سام هابز، دکترای تخصصی، استاد کمکی بیوشیمی در بهداشت دانشگاه یوتا و نویسنده اول مقاله‌ای که این تحقیق را توصیف می‌کند.

نتایج در Science منتشر شده است.

آخرین راه حل باکتری‌ها در برابر ویروس‌ها

این مطالعه بر روی یک سیستم ایمنی باکتریایی به نام CBASS متمرکز بود. هنگامی که فعال می‌شود، CBASS می‌تواند یک پاسخ "آخرین راه حل" شدید را فعال کند که در آن یک باکتری آلوده قبل از اینکه ویروس مهاجم فرصت گسترش به سلول‌های مجاور را پیدا کند، خود را از بین می‌برد.

از آنجایی که فعال کردن این دفاع برای باکتری کشنده است، سیستم باید بتواند یک تهدید ویروسی واقعی را با دقت بالایی تشخیص دهد.

هابز و همکارانش دریافتند که این فرآیند تشخیص به چیزی متکی است که ویروس خود به آن نیاز دارد. برخی از فاژها پروتئینی به نام پروتئاز تولید می‌کنند که پروتئین‌های دیگر را تجزیه می‌کند. او توضیح می‌دهد: "ما دریافتیم که پروتئاز از فاژ در واقع مستقیماً بر روی پروتئین میزبان عمل می‌کند و آن، سیگنالی است که کل مسیر سیگنالینگ را روشن می‌کند.

یک آنزیم ویروسی زنگ خطر را به صدا در می‌آورد

این شکل از تشخیص ویروس به طور قابل توجهی با سیستم‌های ایمنی ضد ویروسی مرتبط متفاوت است. برخی از آن مسیرها مستقیماً مواد ژنتیکی ویروسی را تشخیص می‌دهند. در CBASS، محرک به جای آن از فعالیت یک پروتئین ویروسی عمل کننده بر روی پروتئینی متعلق به میزبان باکتریایی می‌آید.

هابز می‌گوید: "این یک مکانیسم کاملاً جدید برای فعال شدن این پروتئین‌های میزبان است. من هرگز حدس نمی‌زدم که اینطور کار کند."

این یافته نه تنها به روشن شدن نحوه دفاع باکتری‌ها از خود در برابر فاژها کمک می‌کند، بلکه می‌تواند پیامدهایی برای درک ایمنی در انسان‌ها نیز داشته باشد.

CBASS به یک مسیر ایمنی موجود در افراد مرتبط است که نشان می‌دهد جنبه‌هایی از این دفاع ضد ویروسی در طول یک دوره طولانی تکاملی حفظ شده است. این ارتباط نشان می‌دهد که این مسیر حداقل به جد مشترک بین باکتری‌ها و انسان‌ها باز می‌گردد.

یک سیستم ایمنی باستانی با ارتباطات انسانی

باکتری‌ها همچنین یک سیستم تجربی مفید را برای محققان برای بررسی سؤالات اساسی در مورد ایمنی فراهم می‌کنند. چرخه‌های زندگی سریع آن‌ها به دانشمندان اجازه می‌دهد تا فرآیندهای ایمنی را به سرعت مطالعه کنند و سپس آنچه را که یاد می‌گیرند در مدل‌های بیولوژیکی که ارتباط بیشتری با انسان‌ها دارند، آزمایش کنند.

هابز می‌گوید: "این واقعیت که این سیستم‌ها بین باکتری‌ها و انسان‌ها حفظ شده‌اند، نشان می‌دهد که آن‌ها در طول کل این مسیر تکاملی حفظ شده‌اند. سلول‌ها به ما می‌گویند که این یک مسیر واقعاً مهم است زیرا آن‌ها آن را برای میلیاردها سال حفظ کرده‌اند. این بسیار جذاب است و یک پنجره جالب به این است که چه چیزی در حفظ توانایی مبارزه با ویروس‌ها مهم است."

این تحقیق در Science به عنوان "پروتئازهای فاژ ایمنی آنتی‌فاژ CBASS را فعال می‌کنند" منتشر شده است.

این کار توسط برنامه بورسیه پزشکی Pew، صندوق بوروس ولکام، بنیاد G. Harold و Leila Y. Mathers، مؤسسه تحقیقات سرطان (CRI3996)، مؤسسه ایمونوتراپی سرطان پارکر، کنسرسیوم ماساچوست در آمادگی برای بیماری‌های عفونی و مؤسسه ملی سلامت عمومی (1DP2GM146250-01) حمایت شد. محتوا به طور کامل مسئولیت نویسندگان را بر عهده دارد و لزوماً منعکس کننده نظرات رسمی مؤسسات ملی بهداشت نیست.