Ter illustratie, virus en bacterie. Screenshot YouTube
Een nieuwe studie van de Universiteit van Tel Aviv heeft aangetoond dat, net als mensen met speltheorie, virussen die bacteriofagen (of fagen) worden genoemd, alle opties afwegen en uiteindelijk een weloverwogen beslissing nemen - of het tijd is om de slapende toestand te verlaten en hun bacteriële gastheer aan te vallen.
De studie werd geleid door Prof. Avigdor Eldar van de Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research aan de Universiteit van Tel Aviv, samen met zijn studenten en partners van het Weizmann Institute of Science. Het artikel werd in december 2021 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Microbiology.
Fagen zijn virussen die bacteriën aanvallen. Veel fagen kunnen in twee toestanden voorkomen: actief (lysis), waarin de fagen bacteriën aanvallen en vernietigen, of slapend, waarin ze passief blijven in de bacteriën, zichzelf repliceren maar geen schade aanrichten (lysogenie). Fagen van dit type moeten elke keer dat ze een nieuwe gastheer infecteren beslissen of ze actief of slapend zijn. Als ze besluiten een tijdje te slapen, moeten ze ook beslissen wanneer ze 'wakker' willen worden en aanvallen. Zoals bij alle dilemma's is het belangrijk om de beslissing te baseren op solide, betrouwbare informatie.
Volgens de onderzoekers wordt al enige tijd aangenomen dat een faag zijn beslissing om de rusttoestand te verlaten baseert op informatie over de toestand van zijn bacteriële gastheer: wanneer de gastheer tekenen vertoont van substantiële DNA-schade (doodsstrijd, om zo te zeggen), het is in het belang van de faag om deze te verlaten en andere bacteriën te proberen te infecteren.
De nieuwe studie ontdekte een extra communicatiemechanisme tussen bacteriën en fagen: blijkbaar hebben sommige faagfamilies een complexere besluitvormingsstrategie ontwikkeld, een soort 'faagspeltheorie', waarbij de faag niet alleen informatie van zijn eigen gastheer ontvangt maar ook van naburige bacteriën.
Prof. Eldar legt uit: "Wanneer een faag in een bacteriecel inactief is, dwingt hij zijn gastheer om constant kleine communicatiemoleculen te produceren, arbitrium genaamd, waarnaar de faag luistert via een speciale receptor. De aanwezigheid van hoge niveaus van deze moleculen geeft dus aan dat dat naburige bacteriën ook fagen bevatten. Wanneer dit gebeurt, zelfs als zijn eigen gastheer DNA-schade vertoont, wordt de faag niet actief. Aangezien elke bacterie slechts één slapende faag kan huisvesten, neemt de faag een weloverwogen beslissing: het is beter om de gastheer te laten proberen zichzelf te repareren dan het te 'verraden', aangezien alle naburige bacteriën al zijn ingenomen."
Prof. Eldar en zijn team gebruikten een reeks genetische en bio moleculaire methoden om de biochemische communicatiesignalen tussen de bacteriën en fagen te volgen. In een eerder onderzoek gebruikten ze een fluorescerende marker om aan te tonen dat communicatiemethoden die worden gebruikt door fagen, evenals een grote familie van vergelijkbare communicatiesystemen (in het algemeen bekend als 'quorum sensing') alleen worden gebruikt om signalen van naaste buren te ontvangen. "In wezen hebben de bacteriën twee afzonderlijke communicatiesystemen ontwikkeld - een voor langeafstandscommunicatie en de andere alleen voor korte afstanden, die worden gebruikt om de toestand van hun directe buren te voelen", zegt prof. Eldar. "In het geval van de faag controleert hij de communicatie en is hij alleen geïnteresseerd om te weten of zijn naaste buren, die hij gemakkelijk kan infecteren, al bezet zijn."
Prof. Eldar concludeert: "Enkele jaren geleden identificeerden prof. Rotem Sorek en zijn team van het Weizmann Institute voor het eerst communicatie tussen fagen. Het was bekend dat dergelijke systemen bestaan tussen andere moleculaire parasieten die door bacteriën worden gehost (plasmiden genoemd). Onze nieuwe ontdekking is het feit dat fagen communicatie gebruiken, zelfs in hun slapende toestand. We hebben componenten geïdentificeerd die cruciaal zijn om te begrijpen hoe fagen informatie over de toestand van hun gastheer combineren met informatie over hun buren. Dit is nog een belangrijke stap op weg naar het ontcijferen van de communicatie en ' gedragseconomie' van virussen. Fagen hebben een uitstekend vermogen om informatie te verwerken en de juiste beslissing te nemen om een optimale overleving te garanderen. Het zal interessant zijn om te zien of virussen die zich in complexere organismen bevinden maar met vergelijkbare beslissingen worden geconfronteerd, ook vergelijkbare communicatiesystemen hebben ontwikkeld. "
