Entschlüsseln, wie Viren sich dafür entscheiden, ihrem bakteriellen Wirt böse zu werden oder nicht

Forscher der Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research an der Universität Tel Aviv haben einen neuartigen komplexen Entscheidungsprozess entschlüsselt, der Viren dabei hilft, sich dafür zu entscheiden, ob sie böse werden oder freundlich zu ihrem Bakterienwirt bleiben. In einem neuen Artikel beschreiben sie, wie Viren in diesem Entscheidungsprozess ein bakterielles Immunsystem kooptieren, das Viren wie sie selbst bekämpfen soll.

Die Studie wurde von Polina Guler, einer Ph.D., geleitet. Student im Labor von Prof. Avigdor Eldar, zusätzlich zu anderen Labormitgliedern, an der Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research, George S. Wise Faculty of Life Sciences. Das Papier war veröffentlicht In Naturmikrobiologie.

Bakteriophagen, auch Phagen genannt, sind Arten von Viren, die Bakterien infizieren und die infizierten Bakterien zur Vermehrung und Verbreitung nutzen. Auch wenn das Wort „Bakteriophage“, das im Altgriechischen „Bakterien fressend“ bedeutet, Zerstörung suggeriert, können viele Phagen einen „Schlafmodus“ annehmen, in dem sich das Virus in das Bakteriengenom einbaut. Tatsächlich kann das Virus bei dieser Wirkungsweise sogar eine Symbiose mit den Bakterien eingehen und seine Gene können seinem Wirt zum Gedeihen verhelfen.

Im Allgemeinen erklärt Eldar, dass Phagen es normalerweise vorziehen, im „schlafenden“, ruhenden Modus zu bleiben, in dem sich die Bakterien um ihre Bedürfnisse „kümmern“ und ihnen helfen, sich sicher zu vermehren. Frühere vom Eldar-Labor veröffentlichte Untersuchungen haben gezeigt, dass die Entscheidungsfindung der Phagen zwei Arten von Informationen nutzt, um zu entscheiden, ob sie ruhen oder gewalttätig werden: den „Gesundheitszustand“ ihres Wirts und Signale von außen, die auf die Anwesenheit anderer Phagen in der Nähe hinweisen .

„Ein Phagen kann keine Zelle infizieren, die bereits von einem anderen Phagen besetzt ist. Wenn der Phagen feststellt, dass sein Wirt kompromittiert ist, aber auch Signale empfängt, die auf die Anwesenheit anderer Phagen in der Gegend hinweisen, entscheidet er sich, bei seinem aktuellen Wirt zu bleiben und auf eine Genesung zu hoffen.“ „Wenn es kein äußeres Signal gibt, „versteht“ der Phagen, dass möglicherweise in einem anderen Wirt in der Nähe Platz für ihn ist, und er wird gewalttätig, repliziert sich schnell, tötet den Wirt und geht zum nächsten Ziel über“, erklärt Eldar.

Die neue Studie entschlüsselt den Mechanismus, der es dem Virus ermöglicht, diese Entscheidungen zu treffen. „Wir haben herausgefunden, dass der Phagen bei diesem Prozess tatsächlich ein System nutzt, das die Bakterien entwickelt haben, um Phagen abzutöten“, sagt Guler. Wenn er kein Signal von anderen Phagen wahrnimmt – was darauf hindeutet, dass er gute Chancen hat, neue Wirte zu finden – aktiviert der Phagen einen Mechanismus, der das Abwehrsystem außer Kraft setzt.

„Der Phage wechselt in seinen gewalttätigen Modus, und wenn das Abwehrsystem neutralisiert ist, ist er in der Lage, seinen Wirt zu replizieren und zu töten“, beschreibt Guler. „Wenn der Phagen hohe Konzentrationen des Signals wahrnimmt, nutzt er seine Abwehraktivität, um seinen Ruhemodus einzuschalten, anstatt das Abwehrsystem zu deaktivieren.“

„Die Forschung hat ein neues Maß an Raffinesse in diesem Wettrüsten zwischen Bakterien und Viren offenbart“, fügt Eldar hinzu. Die meisten bakteriellen Abwehrsysteme gegen Phagen wurden im Zusammenhang mit immer gewalttätigen Viren untersucht. Über die Angriffsmechanismen und die Interaktion mit Viren im Ruhemodus ist weitaus weniger bekannt.

„Die Bakterien haben auch ein Interesse daran, das Virus im Ruhemodus zu halten, vor allem um ihren eigenen Tod zu verhindern, und auch, weil die Gene des ruhenden Phagen möglicherweise sogar zu bakteriellen Funktionen beitragen“, sagt Eldar.

„Dieser Befund ist aus mehreren Gründen wichtig. Ein Grund dafür ist, dass einige Bakterien, wie beispielsweise diejenigen, die beim Menschen die Cholera-Krankheit verursachen, aggressiver werden, wenn sie ruhende Phagen in sich tragen – die wichtigsten Giftstoffe, die uns schaden, werden tatsächlich durch das Phagengenom kodiert.“ „, erklärt Eldar.

„Ein weiterer Grund ist, dass Phagen möglicherweise als Ersatz für Antibiotika gegen pathogene Bakterien dienen können. Schließlich könnte die Phagenforschung zu einem besseren Verständnis von Viren im Allgemeinen führen, und viele Menschen infizierende Viren können auch zwischen ruhenden und gewalttätigen Modi wechseln.“