Принстонский молекулярный биолог Бонни Басслер и аспирант Джастин Сильпе идентифицировали вирус VP882, который может подслушивать разговоры бактерий, а затем, как в шпионском романе, они нашли способ использовать чтобы заставить его атаковать бактериальные заболевания, такие как кишечная палочка и холера.
«Идея о том, что вирус обнаруживает молекулу, которую бактерии используют для общения, совершенно нова», - сказал Басслер, профессор молекулярной биологии Squibb.«Джастин обнаружил этот первый естественный случай, а затем он переконструировал этот вирус, чтобы он мог предоставлять любую сенсорную информацию по своему выбору, а не коммуникационную молекулу, а затем вирус убивает по требованию». Их статья появится в номере журнала Cell от 10 января.
Вирус может принять только одно решение, сказал Басслер: остаться на хосте или убить хост. То есть либо оставаться незамеченным внутри своего хозяина, либо активировать последовательность уничтожения, которая создает сотни или тысячи потомков, которые вырываются наружу, убивая текущего хозяина и устремляясь к новым хозяевам.
При выборе варианта уничтожения существует неотъемлемый риск: «Если поблизости нет других носителей, то вирус и все его родственники просто умерли», - сказала она. VP882 нашел способ снизить риск принятия решения. Он прислушивается к бактериям, чтобы объявить, что они находятся в толпе, повышая шансы того, что, когда вирус убивает, выпущенные вирусы немедленно сталкиваются с новыми хозяевами."Это гениально и коварно!" - сказал Басслер.
«Эта статья представляет собой совершенно новый взгляд на динамические отношения между вирусами и их носителями», - сказал Грэм Хэтфулл, профессор биотехнологии семьи Эберли в Университете Питтсбурга, который не участвовал в этом исследовании. «Это исследование впервые говорит нам… что, когда фаг находится в лизогенном [пребывающем] состоянии, он не «крепко спит», а, скорее, дремлет, с одним открытым глазом и настороженными ушами, готовый ответить, когда он «слышит». сигнализирует о том, что клетки готовятся реагировать на изменения в окружающей их среде».
Басслер, который также является заведующим кафедрой молекулярной биологии и исследователем Медицинского института Говарда Хьюза, за много лет до этого обнаружил, что бактерии могут общаться и ощущать присутствие друг друга и что они ждут, чтобы установить кворум, прежде чем действовать сообща. Но она никогда не предполагала, что вирус может подслушать эту связь с определением кворума.
"Ошибки прослушиваются", сказала она со смехом. «Кроме того, работа Джастина показывает, что эти молекулы, чувствующие кворум, передают информацию через границы королевства». Вирусы не принадлежат к тому же царству, что и бактерии, - фактически, они не принадлежат ни к одному царству, потому что технически они неживые. Но для таких радикально разных организмов способность обнаруживать и интерпретировать сигналы друг друга просто ошеломляет, сказала она. Это не похоже на то, как враждебные нации шпионят друг за другом, или даже на то, как человек общается с собакой - они, по крайней мере, являются членами одного царства (животные) и одного типа (позвоночные).
Найдя первые доказательства этого подслушивания из разных королевств, Сильпе начал искать еще и нашел.
«Он только что открыл совершенно новую область», - сказал Басслер. «Мысль о том, что существует только один пример этой междоменной связи, не имела для нас никакого смысла. Джастин обнаружил первый случай, а затем, со своим открытием в руках, он углубился в поиск и обнаружил целый набор вирусов, которые укрывают аналогичные возможности. Возможно, не все они прослушивают эту информацию о кворуме, но ясно, что эти вирусы могут прослушивать информацию своих хостов, а затем использовать эту информацию, чтобы убить их».
Сильпе сказал, что его привлекла работа в лаборатории Басслера из-за ее исследований бактериальной коммуникации. «Общение кажется такой развитой чертой», - сказал он. «Услышать, что бактерии могут это делать - ее открытие - это было просто ошеломительно, что организмы, которые вы считаете такими примитивными, на самом деле могут быть способны к общению. А вирусы еще проще, чем бактерии. Тот, который я изучал, например, только имеет около 70 генов. Удивительно, что он выделяет один из этих генов для определения кворума. Общение явно не является чем-то, созданным высшими организмами."
После того, как Сильпе продемонстрировал, что VP882 подслушивает, он начал экспериментировать с вводом в него дезинформации, чтобы заставить вирус убивать по команде - превратить хищника в убийцу.
VP882 - не первый вирус, используемый в качестве антимикробного средства. Вирусы, которые охотятся на бактерии, называются «фагами», а «фаговая терапия» - лечение бактериального заболевания с помощью фага - известная медицинская стратегия. Но VP882 является первым фагом, который использует подслушивание, чтобы узнать, когда лучше всего убивать свои цели, что делает эксперименты Сильпе с сальмонеллой и другими болезнетворными бактериями первым случаем, когда фаговая терапия использовала связь между царствами.
Кроме того, этот вирус имеет огромные перспективы в качестве терапевтического инструмента, потому что он не действует как типичный вирус, сказал Басслер. Большинство вирусов могут инфицировать только очень специфический тип клеток. Вирусы гриппа, например, заражают только клетки легких; ВИЧ нацелен только на определенные клетки иммунной системы. Но вирус VP882 имеет «исключительно широкий круг хозяев», сказал Басслер. До сих пор Сильпе провел только «доказательные» тесты с тремя неродственными бактериями: Vibrio cholerae (холера), сальмонелла и кишечная палочка.коли. Эти болезни развивались отдельно на протяжении сотен миллионов лет, поэтому тот факт, что все они восприимчивы к этому бактериальному убийце, предполагает, что многие, многие другие, тоже.
Хэтфулл также с оптимизмом смотрит на полезность этого модифицированного вируса для борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериями. «Устойчивость к антибиотикам, безусловно, представляет собой серьезную глобальную угрозу для здоровья, и существует четкая и очевидная потребность в новых стратегиях и подходах к этой проблеме», - сказал он. «Хотя нам, по общему признанию, было сложно даже достичь «первой базы» с базовым терапевтическим использованием встречающихся в природе фагов, мы можем предусмотреть возможность «домашнего успеха», если мы сможем разработать фаги для терапевтического использования, которые имеют очень специфическую направленность». По его словам, эти вирусные убийцы могут даже замедлить появление устойчивых к антибиотикам штаммов.
Басслер отдает все должное открытию Сильпе. После идентификации нового гена, определяющего кворум, у V. cholerae, он решил провести поиск этого гена в базах данных генома. Он обнаружился у некоторых штаммов, связанных с холерой, и ровно у одного вируса. Басслер задавался вопросом, не может ли это быть бессмысленным артефактом данных, но Сильпе хотел получить образец вируса и провести эксперименты.
«Он был одержим, и я подумала: «Какого черта, дайте этому парню немного веревки. Если это не сработает в ближайшее время, мы всегда можем двигаться дальше», - сказала она. «Это была безумная идея, потому что никогда не было свидетельств того, что вирус прослушивает информацию о бактериальном хозяине, чтобы решить, оставаться на месте или убивать. Я как бы зарабатывал этим на жизнь… Конечно, в этом и прелесть науки, и науки в Принстоне, что у вас достаточно ресурсов, чтобы разыграть эти догадки и посмотреть, есть ли там «там». И на этот раз, там было большое "там".
«Производимый хостом автоиндуктор, чувствительный к кворуму, контролирует решение о лизисе-лизогении фага», написанное Джастином Сильпе и Бонни Басслер, будет опубликовано в январе.10 выпуск Cell и был выпущен в Интернете 13 декабря. Он был поддержан Медицинским институтом Говарда Хьюза, грантом NIH 2R37GM065859, грантом Национального научного фонда MCB-1713731, Обществом Макса Планка - Александр фон Гумбольдт и Министерством обороны через Стипендия для выпускников в области науки и техники национальной обороны.