Polina Guler en prof. Avigdor Eldar. Foto Universiteit van Tel Aviv
Onderzoekers van de Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research aan de Universiteit van Tel Aviv hebben een nieuw complex besluitvormingsproces ontcijferd dat virussen helpt ervoor te kiezen om vervelend te worden of vriendelijk te blijven voor hun bacteriële gastheer. In een nieuw artikel beschrijven ze hoe virussen een bacterieel immuunsysteem coöpteren, bedoeld om virussen zoals zijzelf te bestrijden, in dit besluitvormingsproces.
De studie werd geleid door Polina Guler, een promovendus in het Biomedicine in het laboratorium van Prof. Avigdor Eldar, naast andere laboratoriumleden, aan de Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research, George S. Wise Faculteit voor Levenswetenschappen. Het artikel werd gepubliceerd in Nature Microbiology.
Bacteriofagen, ook wel fagen genoemd, zijn soorten virussen die bacteriën infecteren en de geïnfecteerde bacteriën gebruiken om zich te vermenigvuldigen en te verspreiden. Ook al suggereert het woord 'bacteriofaag', dat 'vretende bacteriën' betekent in het Oudgrieks, vernietiging, toch kunnen veel fagen een 'slapende' modus aannemen, waarin het virus zichzelf opneemt in het bacteriële genoom. In feite kan het virus bij deze werking zelfs een symbiotische relatie hebben met de bacteriën, en kunnen zijn genen de gastheer helpen bloeien.
Over het algemeen legt Eldar uit dat fagen er meestal de voorkeur aan geven in de ‘slapende’, slapende modus te blijven, waarin de bacteriën ‘zorgen’ voor hun behoeften en hen helpen zich veilig te vermenigvuldigen. Eerder onderzoek gepubliceerd door het Eldar-lab heeft aangetoond dat de besluitvorming van de fagen twee soorten informatie gebruikt om te beslissen of ze inactief blijven of gewelddadig worden: de ‘gezondheidsstatus’ van hun gastheer en signalen van buitenaf die wijzen op de aanwezigheid van andere fagen in de buurt.
“Een faag kan geen cel infecteren die al door een andere faag wordt bezet. Als de faag constateert dat zijn gastheer is aangetast, maar ook signalen ontvangt die wijzen op de aanwezigheid van andere fagen in het gebied, kiest hij ervoor om bij zijn huidige gastheer te blijven, in de hoop op herstel. Als er geen signaal van buitenaf is, ‘begrijpt’ de faag dat er misschien ruimte voor is in een andere gastheer in de buurt, en dan zal de faag gewelddadig worden, zich snel vermenigvuldigen, de gastheer doden en doorgaan naar het volgende doelwit,’ legt Eldar uit.
De nieuwe studie ontcijfert het mechanisme dat het virus in staat stelt deze beslissingen te nemen. "We ontdekten dat de faag in dit proces feitelijk een systeem gebruikt dat de bacterie heeft ontwikkeld om fagen te doden", zegt Guler. Als hij geen signaal van andere fagen waarneemt – wat aangeeft dat hij een goede kans heeft om nieuwe gastheren te vinden – activeert de faag een mechanisme dat het afweersysteem uitschakelt. "De faag schakelt over naar zijn gewelddadige modus en nu het verdedigingssysteem is geneutraliseerd, kan hij zijn gastheer repliceren en doden", beschrijft Guler. "Als de faag hoge concentraties van het signaal waarneemt, gebruikt hij zijn verdedigingsactiviteit om zijn slapende modus in te schakelen, in plaats van het verdedigingssysteem uit te schakelen."
"Het onderzoek bracht een nieuw niveau van verfijning aan het licht in deze wapenwedloop tussen bacteriën en virussen", voegt Eldar toe. De meeste bacteriële afweersystemen tegen fagen werden bestudeerd in de context van virussen die altijd gewelddadig zijn. Er is veel minder bekend over de aanvalsmechanismen en de interactie met virussen die een slapende modus hebben. "De bacteriën hebben er ook belang bij om het virus in de slapende modus te houden, in de eerste plaats om hun eigen dood te voorkomen, en ook omdat de genen van de slapende faag zelfs zouden kunnen bijdragen aan bacteriële functies", zegt Eldar.
“Deze bevinding is om verschillende redenen belangrijk. Eén reden is dat sommige bacteriën, zoals de bacteriën die de choleraziekte bij mensen veroorzaken, gewelddadiger worden als ze slapende fagen in zich dragen. De belangrijkste gifstoffen die ons schade toebrengen, worden feitelijk gecodeerd door het faaggenoom", legt Eldar uit. "Een andere reden is dat "Dat fagen mogelijk kunnen dienen als vervanging voor antibiotica tegen pathogene bacteriën. Ten slotte kan faagonderzoek leiden tot een beter begrip van virussen in het algemeen en kunnen veel mens-infecterende virussen ook afwisselen tussen slapende en gewelddadige vormen."
