Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem: Wetenschappers hebben ontdekt dat bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren, een klein RNA-molecuul gebruiken om bacteriële cellen te kapen

Dr. Sahar Melamed en haar team. Foto HUJ

Wetenschappers van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem hebben ontdekt dat bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren, een klein RNA-molecuul gebruiken om bacteriële cellen te kapen. Dit mechanisme was nog nooit eerder beschreven en biedt nieuwe inzichten voor toekomstige therapieën op basis van fagen, alddus het universiteit persbericht.

De studie, onder leiding van dr. Sahar Melamed en haar team, waaronder promovendus Aviezer Silverman, masterstudent Raneem Nashef en computationeel bioloog Reut Wasserman, in samenwerking met prof. Ido Golding van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign, richtte zich op een klein viraal RNA genaamd PreS. In tegenstelling tot het meeste eerdere onderzoek, dat zich concentreerde op virale eiwitten, toonde deze studie aan dat zelfs een van de meest bestudeerde fagen, lambda, RNA gebruikt om de genexpressie van bacteriën rechtstreeks te manipuleren.

Een minuscule virale schakelaar, ontdekt door Israëlische en Amerikaanse wetenschappers, zou een nieuw front kunnen openen in de strijd tegen antibioticaresistente infecties , een wereldwijde bedreiging voor de volksgezondheid die naar verwachting tegen 2050 jaarlijks tot 10 miljoen mensen het leven zal kosten.

"Dit kleine RNA geeft de faag een extra controlelaag", aldus Melamed. "Door essentiële bacteriële genen precies op het juiste moment te reguleren, vergroot het virus zijn kans op succesvolle replicatie. Wat ons het meest verbaasde, is dat faag lambda, die al meer dan 75 jaar bestudeerd wordt, nog steeds geheimen verbergt. De ontdekking van een onverwachte RNA-regulator in zo'n klassiek systeem suggereert dat we slechts een klein deel begrijpen van wat mogelijk een veel rijker netwerk van RNA-gemedieerde controle in fagen is."

De onderzoekers ontdekten dat PreS fungeert als een moleculaire "schakelaar" in geïnfecteerde bacteriën, die zich richt op specifieke bacteriële boodschapper-RNA's (mRNA's). Een belangrijk doelwit is het mRNA dat codeert voor DnaN, een eiwit dat essentieel is voor DNA-replicatie. PreS bindt zich aan een normaal gevouwen gedeelte van dit mRNA, ontvouwt het en maakt het voor het bacteriële eiwitproductiemechanisme gemakkelijker om het te vertalen. Het resultaat is meer DnaN-eiwit, snellere virale DNA-replicatie en een efficiëntere infectie. Wanneer PreS wordt verwijderd of de bindingsplaats wordt verstoord, verzwakt de faag, vermenigvuldigt zich langzamer en wordt de destructieve fase vertraagd.

De ontdekking is bijzonder opvallend omdat kleine RNA's voorheen niet als belangrijke spelers in de fagenbiologie werden beschouwd. PreS is echter sterk geconserveerd in verwante virussen, wat suggereert dat veel fagen mogelijk een verborgen 'gereedschapskist' van RNA-regulatoren delen, een onderzoeksgebied dat wetenschappers nog maar net beginnen te verkennen.

Inzicht in hoe fagen bacteriële cellen beheersen is cruciaal voor zowel fundamenteel biologisch onderzoek als potentiële medische toepassingen. Nu de antibioticaresistentie wereldwijd toeneemt, wint faagtherapie – het gebruik van virussen om bacteriën selectief aan te vallen – aan populariteit als een flexibel, gericht alternatief voor conventionele geneesmiddelen. Ontdekkingen zoals die van PreS bieden een blauwdruk voor het ontwerpen van slimmere fagen die veiliger, voorspelbaarder en effectiever zijn in de bestrijding van infecties die resistent zijn tegen geneesmiddelen.

"Zelfs de kleinste virusmoleculen kunnen een enorme impact hebben op het succes van een infectie ", aldus Melamed. "Door te leren hoe fagen hun gastheren op dit microscopische niveau manipuleren, kunnen we virussen ontwikkelen die zowel krachtig als nauwkeurig zijn in de strijd tegen antibioticaresistentie."

Alle yoghurt bevat levende bacteriën als onderdeel van het fermentatieproces. Foto HUJ

Inzicht in hoe PreS bacteriële cellen manipuleert, kan wetenschappers helpen bij het ontwerpen van slimmere faagtherapieën die effectiever zijn in het bestrijden van schadelijke bacteriën, met name stammen die resistent zijn tegen antibiotica. Door gebruik te maken van deze op RNA gebaseerde mechanismen, zouden onderzoekers precisiebehandelingen kunnen ontwikkelen die in staat zijn om infecties met multiresistentie aan te pakken die met conventionele antibiotica niet te bestrijden zijn.

Buiten de geneeskunde kunnen de bevindingen ook toepassingen vinden in de synthetische biologie, waardoor gemanipuleerde fagen of bacteriën kunnen worden gebruikt in industriële processen, microbioombeheer of de bestrijding van biofilms. Zo wordt een voorheen verborgen virale strategie een veelzijdig instrument voor zowel gezondheid als technologie .