Phages สามารถตรวจจับความเสียหายของ DNA ของแบคทีเรีย ซึ่งกระตุ้นให้พวกมันทำซ้ำและกระโดดข้ามเรือ ออกแบบเซลล์/iStock ผ่าน Getty Images Plus

หลังจากกว่าสองปีของการระบาดใหญ่ของ COVID-19 คุณอาจนึกภาพไวรัสเป็นลูกบอลหนามที่น่ารังเกียจ - นักฆ่าที่ไร้สติที่เข้าไปในห้องขังและจี้เครื่องจักรเพื่อสร้างสำเนาของตัวเองจำนวนมหาศาลก่อนที่จะระเบิด สำหรับไวรัสจำนวนมากรวมถึง ไวรัสโคโรน่าที่ทำให้เกิดโรคโควิด-19ฉายา “นักฆ่าไร้สติ” นั้นเป็นความจริงอย่างแท้จริง

แต่ชีววิทยาของไวรัสมีมากกว่าที่เห็น

ติด HIV ไวรัสที่ทำให้เกิด เอดส์. เอชไอวีเป็น retrovirus ที่ไม่ได้ไปฆ่าอย่างสนุกสนานเมื่อเข้าไปในห้องขัง แต่จะรวมตัวกับโครโมโซมและอาการหนาวสั่นของคุณแทน โดยรอช่วงเวลาที่เหมาะสมเพื่อสั่งให้เซลล์ทำสำเนาของมันและระเบิดออกมาเพื่อแพร่เชื้อไปยังเซลล์ภูมิคุ้มกันอื่นๆ และทำให้เกิดโรคเอดส์ในที่สุด

ช่วงเวลาที่เอชไอวีกำลังรออยู่นั้นยังคงเป็น พื้นที่ของการศึกษาเชิงรุก. แต่การวิจัยเกี่ยวกับไวรัสอื่น ๆ ได้บอกใบ้มานานแล้วว่าเชื้อโรคเหล่านี้สามารถ "ไตร่ตรอง" เกี่ยวกับการฆ่าได้ แน่นอน ไวรัสไม่สามารถคิดแบบคุณและฉัน แต่ปรากฏว่าวิวัฒนาการได้มอบกลไกในการตัดสินใจที่ค่อนข้างซับซ้อนให้กับพวกเขา ตัวอย่างเช่น ไวรัสบางชนิดจะเลือกที่จะออกจากเซลล์ที่พวกมันอาศัยอยู่ หากตรวจพบความเสียหายของดีเอ็นเอ ดูเหมือนไม่มีไวรัสเลย เหมือนอยู่ในเรือที่กำลังจม

My ห้องปฏิบัติการ ได้ศึกษาอณูชีววิทยาของ แบคทีเรียหรือเรียกสั้นๆ ว่า phages ไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรีย มานานกว่าสองทศวรรษ เมื่อเร็วๆ นี้ เพื่อนร่วมงานของฉันและฉัน ได้แสดง ฟาจนั้นสามารถฟังสัญญาณเซลลูลาร์ที่สำคัญเพื่อช่วยในการตัดสินใจได้ ที่แย่ไปกว่านั้นคือ พวกเขาสามารถใช้ "หู" ของเซลล์ของตัวเองเพื่อรับฟังพวกเขาได้

หลบหนีความเสียหายของ DNA

ถ้าศัตรูของศัตรูคือมิตร ฟาจคือมิตรแท้ของคุณ Phages ควบคุมจำนวนแบคทีเรีย โดยธรรมชาติและแพทย์ก็นิยมใช้กันมากขึ้น รักษาการติดเชื้อแบคทีเรีย ที่ไม่ตอบสนองต่อยาปฏิชีวนะ

ฟาจที่ศึกษาดีที่สุด แลมบ์ดา, ทำงานเหมือนเอชไอวี เมื่อเข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย แลมบ์ดาจะตัดสินใจว่าจะทำซ้ำและฆ่าเซลล์ทันที เช่นเดียวกับที่ไวรัสส่วนใหญ่ทำ หรือรวมตัวเองเข้ากับโครโมโซมของเซลล์ เช่นเดียวกับที่เอชไอวีทำ ถ้าอย่างหลัง แลมบ์ดาจะทำซ้ำกับโฮสต์ของมันทุกครั้งที่แบคทีเรียแบ่งตัวโดยไม่เป็นอันตราย

วิดีโอนี้แสดงแลมบ์ดาฟาจที่ติดเชื้อ E. coli

แต่เช่นเดียวกับเอชไอวี แลมบ์ดาไม่ได้อยู่เฉยๆ ใช้โปรตีนพิเศษที่เรียกว่า CI เหมือนหูฟังเพื่อฟังสัญญาณของความเสียหายของดีเอ็นเอภายในเซลล์แบคทีเรีย หากดีเอ็นเอของแบคทีเรียถูกทำลาย นั่นเป็นข่าวร้ายสำหรับแลมบ์ดาฟาจที่ซ้อนอยู่ภายในนั้น DNA ที่เสียหายนำไปสู่หลุมฝังกลบของวิวัฒนาการโดยตรง เพราะมันไม่มีประโยชน์สำหรับฟาจที่ต้องการสืบพันธุ์ ดังนั้นแลมบ์ดาจึงเปิดยีนการจำลองแบบของมัน สร้างสำเนาของตัวมันเอง และระเบิดออกจากเซลล์เพื่อค้นหาเซลล์ที่ไม่เสียหายเพิ่มเติมที่จะติดเชื้อ

แตะที่ระบบสื่อสารของเซลล์

ฟาจบางตัวแทนที่จะรวบรวมข้อมูลด้วยโปรตีนของพวกมันเอง ให้แตะเซ็นเซอร์ทำลาย DNA ของเซลล์ที่ติดเชื้อ: LexA

โปรตีนเช่น CI และ LexA เป็น ปัจจัยการถอดความ ซึ่งเปิดและปิดยีนโดยผูกมัดกับรูปแบบทางพันธุกรรมเฉพาะภายในหนังสือคำสั่งดีเอ็นเอที่เป็นโครโมโซม ฟาจบางตัวเช่น Coliphage 186 ได้ค้นพบว่าพวกมันไม่ต้องการโปรตีน CI ของไวรัสของตัวเอง หากมีลำดับดีเอ็นเอสั้นในโครโมโซมที่แบคทีเรีย LexA สามารถจับได้ เมื่อตรวจพบความเสียหายของ DNA LexA จะกระตุ้นยีนที่ทำซ้ำและฆ่าของ phage โดยพื้นฐานแล้วการข้ามเซลล์สองครั้งไปสู่การฆ่าตัวตายในขณะที่ปล่อยให้ phage สามารถหลบหนีได้

นักวิทยาศาสตร์ได้รายงานบทบาทของ CI ในการตัดสินใจเกี่ยวกับฟาจเป็นครั้งแรก ใน 1980s และเคล็ดลับการต่อต้านข่าวกรองของ Coliphage 186 ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1990. ตั้งแต่นั้นมา มีรายงานอื่นๆ อีกสองสามฉบับเกี่ยวกับฟาจที่ดักจับระบบการสื่อสารของแบคทีเรีย ตัวอย่างหนึ่งคือ เฟจ พี29ซึ่งใช้ประโยชน์จากปัจจัยการถอดรหัสของโฮสต์เพื่อตรวจจับเมื่อแบคทีเรียพร้อมที่จะสร้างสปอร์หรือไข่แบคทีเรียชนิดหนึ่ง สามารถอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง. Phi29 สั่งให้เซลล์บรรจุ DNA ของมันเข้าไปในสปอร์เพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่แตกหน่อเมื่อสปอร์งอก

ปัจจัยการถอดเสียงเป็นการเปิดและปิดยีน

ในของเรา งานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันแสดงให้เห็นว่ากลุ่มฟาจหลายกลุ่มได้พัฒนาความสามารถในการเข้าถึงระบบการสื่อสารของแบคทีเรียอีกระบบหนึ่งอย่างอิสระ นั่นคือโปรตีน CtrA CtrA รวมสัญญาณภายในและภายนอกหลายตัวเพื่อกำหนดกระบวนการพัฒนาที่แตกต่างกันในแบคทีเรีย กุญแจสำคัญในกลุ่มเหล่านี้คือการผลิตส่วนต่อของแบคทีเรียที่เรียกว่า แฟลกเจลลาและพิลิ. ปรากฎว่า phages เหล่านี้ยึดติดกับ pili และ flagella ของแบคทีเรียเพื่อแพร่เชื้อ

สมมติฐานชั้นนำของเราคือฟาจใช้ CtrA เพื่อคาดเดาเมื่อมีแบคทีเรียเพียงพอในบริเวณใกล้เคียงกับพิลีและแฟลกเจลลาที่สามารถแพร่เชื้อได้ง่าย เคล็ดลับที่ชาญฉลาดสำหรับ "นักฆ่าที่ไร้สติ"

สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่เฟจเพียงตัวเดียวที่ตัดสินใจอย่างประณีต – ทั้งหมดนี้ไม่มีประโยชน์แม้แต่การมีสมอง เฟจบางชนิดที่ติดเชื้อ บาซิลลัส แบคทีเรียจะผลิตโมเลกุลเล็ก ๆ ทุกครั้งที่ติดเชื้อในเซลล์ ฟาจสามารถสัมผัสโมเลกุลนี้และใช้มันเพื่อ นับจำนวนการติดเชื้อฟาจ ที่เกิดขึ้นรอบตัวพวกเขา เช่นเดียวกับผู้บุกรุกจากต่างดาว การนับนี้ช่วยตัดสินใจว่าเมื่อใดที่พวกเขาควรเปิดยีนที่ทำซ้ำและฆ่า โดยจะฆ่าก็ต่อเมื่อมีโฮสต์ค่อนข้างมากเท่านั้น ด้วยวิธีนี้ ฟาจจะทำให้แน่ใจว่าพวกมันจะไม่มีวันหมดโฮสต์ที่จะแพร่เชื้อและรับประกันการอยู่รอดในระยะยาวของพวกมันเอง

การต่อต้านข่าวกรองไวรัส

คุณอาจสงสัยว่าทำไมคุณควรสนใจหน่วยปฏิบัติการข่าวกรองที่ทำงานโดยไวรัสแบคทีเรีย แม้ว่าแบคทีเรียจะแตกต่างจากคนมาก แต่ไวรัสที่ติดเชื้อนั้น ไม่แตกต่างกัน จากไวรัสที่ติดมนุษย์ สวยมาก ทุกทริค ในเวลาต่อมาแสดงให้เห็นว่ามีการใช้ฟาจโดยไวรัสของมนุษย์ หากฟาจสามารถแตะสายการสื่อสารของแบคทีเรียได้ ทำไมไวรัสในมนุษย์ถึงไม่แตะสายของคุณ?

จนถึงตอนนี้ นักวิจัยไม่รู้ว่าไวรัสในมนุษย์สามารถฟังอะไรได้บ้างหากพวกมันแย่งชิงสายเหล่านี้ แต่มีตัวเลือกมากมายให้นึกถึง ฉันเชื่อว่าเช่นเดียวกับฟาจ ไวรัสของมนุษย์อาจสามารถนับจำนวนของมันเพื่อวางกลยุทธ์ ตรวจจับการเติบโตของเซลล์และการสร้างเนื้อเยื่อ และแม้กระทั่งตรวจสอบการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน สำหรับตอนนี้ ความเป็นไปได้เหล่านี้เป็นเพียงการเก็งกำไร แต่การสืบสวนทางวิทยาศาสตร์กำลังอยู่ในระหว่างดำเนินการ

การมีไวรัสคอยฟังการสนทนาส่วนตัวของเซลล์ของคุณนั้นไม่ใช่ภาพที่ร่าเริงที่สุด แต่ก็ไม่ได้ไม่มีซับในสีเงิน เนื่องจากหน่วยงานข่าวกรองทั่วโลกรู้ดี การต่อต้านข่าวกรองจะทำงานก็ต่อเมื่อถูกปกปิดไว้เท่านั้น เมื่อตรวจพบ ระบบสามารถใช้ประโยชน์จากข้อมูลที่ไม่ถูกต้องไปยังศัตรูของคุณได้อย่างง่ายดาย ในทำนองเดียวกัน ฉันเชื่อว่าการรักษาด้วยยาต้านไวรัสในอนาคตอาจรวมการใช้ปืนใหญ่แบบเดิม เช่น ยาต้านไวรัสที่ป้องกันการทำซ้ำของไวรัส กับกลอุบายสงครามสารสนเทศ เช่น การทำให้ไวรัสเชื่อว่าเซลล์ที่อยู่ในเนื้อเยื่ออื่นนั้นเป็นของเนื้อเยื่ออื่น

แต่เงียบอย่าบอกใคร ไวรัสก็ฟังได้!

เกี่ยวกับผู้เขียน

อีวาน เอริล, รองศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพ, มหาวิทยาลัยแมรีแลนด์รัฐบัลติมอร์

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

ร่างกายรักษาคะแนน: สมองจิตใจและร่างกายในการรักษาบาดแผล

โดย Bessel van der Kolk

หนังสือเล่มนี้สำรวจความเชื่อมโยงระหว่างการบาดเจ็บกับสุขภาพกายและสุขภาพจิต นำเสนอข้อมูลเชิงลึกและกลยุทธ์ในการรักษาและฟื้นฟู

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

ลมหายใจ: ศาสตร์ใหม่ของศิลปะที่สาบสูญ

โดย เจมส์ เนสเตอร์

หนังสือเล่มนี้สำรวจวิทยาศาสตร์และการฝึกหายใจ นำเสนอข้อมูลเชิงลึกและเทคนิคในการปรับปรุงสุขภาพร่างกายและจิตใจ

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

The Plant Paradox: อันตรายที่ซ่อนอยู่ในอาหาร "สุขภาพ" ที่ทำให้เกิดโรคและน้ำหนักขึ้น

โดย สตีเวน อาร์. กันดรี

หนังสือเล่มนี้สำรวจความเชื่อมโยงระหว่างอาหาร สุขภาพ และโรค โดยนำเสนอข้อมูลเชิงลึกและกลยุทธ์ในการปรับปรุงสุขภาพโดยรวมและความสมบูรณ์พูนสุข

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

รหัสภูมิคุ้มกัน: กระบวนทัศน์ใหม่เพื่อสุขภาพที่แท้จริงและการต่อต้านริ้วรอยที่รุนแรง

โดย Joel Greene

หนังสือเล่มนี้นำเสนอมุมมองใหม่เกี่ยวกับสุขภาพและภูมิคุ้มกัน โดยใช้หลักการของ epigenetics และนำเสนอข้อมูลเชิงลึกและกลยุทธ์ในการปรับปรุงสุขภาพและการชะลอวัยให้เหมาะสม

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับการถือศีลอด: รักษาร่างกายของคุณด้วยการอดอาหารเป็นช่วงๆ วันเว้นวัน และการอดอาหารแบบยืดเวลา

โดย ดร.เจสัน ฟุง และจิมมี่ มัวร์

หนังสือเล่มนี้สำรวจวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติของการถือศีลอดโดยนำเสนอข้อมูลเชิงลึกและกลยุทธ์ในการปรับปรุงสุขภาพโดยรวมและความสมบูรณ์พูนสุข

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ