Princeton’dan Bonnie Bassler liderliğindeki bilim adamları, çeşitli virüslerin bakterilerin yaydığı kimyasal sinyalleri algılayabildiğini ve bu bilgiyi ne zaman uyku durumundan agresif duruma geçeceğine karar vermek için kullandığını keşfettiler. Bu mekanizmanın yaygın olarak kullanıldığını doğrulamakla kalmadılar, aynı zamanda onu kontrol eden araçları belirlediler ve sofistike görüntüleme yoluyla virüs bulaşmış hücrelerin ortaya çıkan davranışlarını gözlemlediler.
Bonnie Bassler ve onun araştırma ekibi, çok sayıda virüsün çekirdek algılamaya ve diğer bakteriyel kimyasal sinyallere yanıt verdiğini keşfetti.
Virüsler, film kötü adamları gibi, iki yoldan biriyle çalışır: soğutma veya öldürme.
{8 }Vücudun savunma sistemlerini sessizce ihlal ederek zamanlarını beklemeyi veya saklandıkları yerden çıkıp her yöne ateş ederek tam ölçekli bir saldırı başlatmayı seçebilirler. Viral saldırılar, neredeyse her zaman, virüsün bağlı olduğu hücreyi parçalayan intihar görevleridir. Saldırı, yalnızca çevrede enfekte olacak kadar başka sağlıklı hücre varsa başarılı olabilir. Viral parçacık yağmuru hiçbir şeye çarpmazsa, virüs kendini sürdüremez. Virüsler teknik olarak canlı olmadıkları için ölmezler, ancak işlev görmezler.
Yani bir virüs için asıl zorluk, soğutma modundan öldürme moduna ne zaman geçileceğine karar vermektir.
{ 8}Dört yıl önce, Princeton biyoloğu Bonnie Bassler ve o zamanki yüksek lisans öğrencisi Justin Silpe, bir virüsün önemli bir avantajı olduğunu keşfetti: bakteriler arasındaki iletişime kulak misafiri olabilir. Özellikle, “Çoğumuz var!” bakteri hücrelerinin kendi amaçları için kritik bir sayıya ulaştıklarında saldıkları kimyasal. (Çekirdek algılama adı verilen bu bakteriyel iletişim sürecinin orijinal keşfi, Bassler ve meslektaşlarının bir dizi ödül almasına yol açtı.)
Şimdi Bassler, Silpe ve araştırma arkadaşları, düzinelerce virüsün yanıt verdiğini keşfettiler. çekirdek algılamaya veya bakterilerden gelen diğer kimyasal sinyallere. Çalışmaları yakın zamanda Nature dergisinde yayınlandı.
Princeton’ın Squibb Moleküler Biyoloji Profesörü ve moleküler biyoloji bölümü başkanı Bassler, “Dünya, uygun konakçı bilgilerini gözetleyebilen virüslerle dolu,” dedi. “Tüm uyaranların ne olduğunu bilmiyoruz, ancak bu yazıda bunun ortak bir mekanizma olduğunu gösterdik.”
Stratejinin bolluğunu göstermekle kalmadılar, aynı zamanda onu kontrol eden araçları da keşfettiler ve virüslere soğuktan öldürme moduna geçmesini söyleyen sinyaller gönderin.
Soldan sağa: Justin Silpe, Grace Johnson, Bonnie Bassler, Grace Beggs ve araştırma ekibi, iki virüsün aynı hücreye sızarak, ev sahibine kimin daha fazla yayılacağı konusunda rekabet etmek için kimyasal sinyaller kullanırlar. Kredi: C. Todd Reichart, Office of Information of Technology, Princeton Üniversitesi
Bakteri hücrelerine saldıran, bakteriyofaj veya kısaca faj olarak bilinen virüs türü, bakteri hücresinin yüzeyine yerleşir ve genlerini hücreye taşırlar. Biyologların lizojeni dediği soğuk modda oldukları sürece birden fazla faj türü bir bakteriyi aynı anda enfekte edebilir. Birden çok fajın tek bir bakteride donup kalması söz konusu olduğunda, buna polilizojeni denir.
Polilizojenide, fajlar bir arada var olabilir ve hücrenin kendisini sağlıklı hücreler gibi tekrar tekrar kopyalamasına izin verir, viral DNA veya RNA gizlenir bakterinin kendi içinde, hücrelerle birlikte çoğalır.
Ancak sızan fajlar tam olarak barışçıl değildir; daha çok karşılıklı garantili yıkım gibi. Ve hafif yumuşama, yalnızca bir şey bir veya daha fazla fajın öldürme moduna geçmesini tetikleyene kadar sürer.
Faj savaşını inceleyen bilim adamları, yüksek doz UV radyasyonu, kanserojen gibi sistemde büyük bir aksamanın olduğunu uzun zamandır biliyorlar. kimyasallar ve hatta bazı kemoterapi ilaçları — tüm yerleşik fajları öldürme moduna sokabilir.
Bu noktada, bilim adamları, fajların bakterinin kaynakları için koşmaya başladığını ve hangi fajın en hızlısı olursa olsun, ateş ederek galip geleceğini düşündüler. kendi viral parçacıklarını çıkardı.
Ama Bassler’in ekibinin bulduğu şey bu değildi.
Bassler’in araştırma grubunda doktora sonrası araştırma görevlisi olan Grace Johnson, yüksek çözünürlüklü görüntülemeyi kullanarak bakteri hücrelerini tek tek izledi. onları bu evrensel öldürme sinyallerinden biriyle doldururken iki fajla enfekte oldu.
Her iki faj da harekete geçerek konakçı hücreyi parçaladı.İkisi arasında bir bağ bile değildi. Bunun yerine, bazı bakterilerin bir renkle parladığını, diğerlerinin ikinci renkle parladığını ve diğerlerinin bir karışım olduğunu gördü; aynı anda her iki fajı da üretti.
“Üç tane olacağını kimse hayal etmemişti. alt popülasyonlar,” dedi Bassler.
“Gerçekten heyecan verici bir gündü,” dedi Johnson. “Farklı hücrelerin tüm olası faj üretim kombinasyonlarını üstlendiğini görebiliyordum – fajlardan birini tetikliyor, diğerini tetikliyor, her ikisini de tetikliyor. Ve bazı hücreler fajlardan hiçbirini uyarmıyordu.”
Başka bir zorluk da aynı anda iki fajdan yalnızca birini tetiklemenin bir yolunu bulmaktı.
Gelen Silpe Harvard’da doktora sonrası çalışmalar yaptıktan sonra doktora sonrası araştırma görevlisi olarak Bassler’ın laboratuvarına geri dönerek, tetikleyicileri bulma konusunda öncülük etmişti. Ekip, bu fajların doğada hangi sinyallere tepki verdiğini henüz bilmiyor olsa da, Silpe her faj için özel bir yapay kimyasal tetikleyici tasarladı. Bassler grubundaki başka bir doktora sonrası araştırmacı olan Grace Beggs, yapay sistemlerin moleküler analizlerinde etkili oldu.
Silpe, polilizojenik hücreleri kendi ipucuna maruz bıraktığında, yalnızca yapay tetikleyicisine yanıt veren faj çoğaldı ve tüm hücrelerde. Diğer faj tamamen soğutma modunda kaldı.
“İşe yarayacağını düşünmemiştim,” dedi. “Stratejim doğada bulunan otantik süreci taklit etmediği için her iki fajın da çoğalmasını bekliyordum. Sadece bir faj görmemiz sürpriz oldu. Bunu daha önce kimsenin yapmadığını biliyorum.”
“Faj-faj savaşının tek bir hücrede nasıl gerçekleştiğine dair bir soru sormayı kimsenin aklına bile getirmediğini düşünüyorum çünkü bunu yapmadılar. Bassler, Grace J. ve Justin deneylerini yapana kadar yapabileceklerini sanmıyorum, dedi. “Bakteriler gerçekten çok küçük. Tek tek bakterileri bile görüntülemek zordur ve bakterilerin içindeki faj genlerini görüntülemek gerçekten çok zordur. Küçükten çok küçükten bahsediyoruz.”
Johnson, görüntüleme platformunu (genellikle FISH olarak adlandırılan yerinde floresan hibridizasyonu) biyofilmleri içeren başka bir çekirdek algılama projesi için uyarlıyordu, ancak Silpe’nin araştırmasını paylaştığını duyduğunda bir grup toplantısında, FISH’in kulak misafiri olan fajlarıyla ilgili o ana kadar inatçı sırları ifşa edebileceğini fark etti.
Dünyadaki bakterilerin çoğunun içinde birden fazla faj ürperiyor, “ama kimse bunu başaramadı. onları bu ikisinin yaptığı gibi manipüle etmek ve hayal etmek, ”dedi Bassler. “Talep üzerine bir faj, diğer faj veya her iki fajı harekete geçirebilecekleri kurnaz strateji – bu Justin’in darbesiydi ve sonra bunun tek bir hücrede olduğunu gerçekten görebilmek mi? Bu da hiç yapılmadı. Bu Grace J idi. Faj savaşını tek hücre düzeyinde görebiliriz.”
Bassler, viral genomlardaki neredeyse tüm genlerin gizemli kaldığını ekledi. Çoğu viral genin ne yaptığını bilmiyoruz.
“Evet, burada birkaç faj geninin işlevini keşfettik ve işlerinin bu tamamen beklenmedik soğuk-öldürme anahtarını etkinleştirmek olduğunu gösterdik ve anahtarın faj-faj savaşı sırasında hangi fajın kazanacağını belirlemesi. Bu keşif, potansiyel olarak keşfedilecek daha da heyecan verici süreçlerin kaldığını gösteriyor” dedi. “Fajlar, moleküler biyoloji çağını 70 yıl önce başlattılar ve hem terapiler hem de evrimsel zaman boyunca yayılan bu inanılmaz moleküler hileler deposu olarak yeniden moda oluyorlar. Bu bir hazine hazinesi ve neredeyse hiç keşfedilmemiş.”
Referans: “Küçük protein modülleri polilizojeni sırasında üreme kaderini belirler” yazan Justin E. Silpe, Olivia P. Duddy, Grace E. Johnson, Grace A. Beggs , Fatima A. Hussain, Kevin J. Forsberg ve Bonnie L. Bassler, 26 Temmuz 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06376-y
Çalışma Princeton Üniversitesi, Howard Hughes Tıp Enstitüsü, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Bilim Vakfı, Jane Coffin Childs Memorial Fund for Medical Research, Office of Extramural Research ve Damon Runyon Cancer Research Foundation tarafından finanse edilmiştir.
.