Biolodzy znaleźli dowody na to, że wirusy mają jakąś formę zbiorowej inteligencji i są w stanie rozpoznać „ślady”, które ich konkurenci i krewni zostawiają w komórkach, oraz kierować nimi przy podejmowaniu decyzji, zgodnie z artykułem opublikowanym w czasopiśmie Nature.
„Te bakteriofagi (wirusy infekujące bakterie) zawierają dwa programy zachowań. Jedna sprawia, że komórka produkuje ogromną liczbę swoich kopii i uruchamia w niej program samozniszczenia, a gdy druga jest włączona, integruje się z jej DNA i wchodzi w „głębokie podziemia” z możliwością odrodzenia w przyszłości”- wyjaśnia Nonia Pariente, biolog molekularny i redaktor czasopisma Nature Microbiology.
Żołnierze wiecznej wojny
Choroby i infekcje to nie coś, na co cierpią tylko ludzie i inne wielokomórkowe stworzenia - od kilkuset milionów lat trwa nieustanna wojna o przetrwanie między bakteriami i wirusami. Ślady tej wojny można znaleźć wszędzie - każdy mililitr wody morskiej zawiera nawet miliard „walczących wirusów” - bakterii, a zakażonych jest nimi około 70% mikroorganizmów morskich.
Przez miliardy lat ewolucji wirusy nauczyły się omijać uwagę mikrobiologicznych systemów obronnych, a te ostatnie stworzyły rodzaj genetycznego „antywirusa”, system CRISPR-Cas9, który znajduje ślady wirusowego DNA w genomie drobnoustroju i zmusza go do popełnienia samobójstwa w celu ochrony sąsiednich bakterii. Wirusy zareagowały na te „ewolucyjne mechanizmy obronne”, tworząc program antywirusowy, który tłumi CRISPR-Cas9, a biologiczny wyścig zbrojeń trwał dalej.
Rotem Sorek z Instytutu Nauki im. Weizmanna w Rehovot w Izraelu i jego koledzy znaleźli kolejny bardzo interesujący przykład „broni” wynalezionej przez wirusy, badając sposób działania bakteriofaga phi3T infekującego pospolite pałeczki (Bacillus subtilis).
Początkowo naukowcy próbowali zrozumieć zupełnie inną rzecz - w jaki sposób mikroby powiadamiają się nawzajem o obecności wirusa i przygotowują się do odparcia jego ataku. Naukowcy są przekonani, że zakażone bakterie uwalniają do środowiska specjalne cząsteczki sygnałowe, które przekazują sygnał innym mikroorganizmom w ich kolonii zagrożenia.
Film promocyjny:
Aby to przetestować, Sorek i jego koledzy wyhodowali kolonię prątków, zainfekowali je phi3T, a następnie przefiltrowali płyn, który mikroby uwolniły podczas infekcji kolonii. Biolodzy dodali część tego roztworu do nowej kolonii bakterii, sugerując, że cząsteczki sygnalizacyjne, które ich zmarli przyjaciele uwolnili do pożywki, przygotują ich na nowy atak wirusów i ochronią przed infekcją. Rzeczywistość okazała się zupełnie inna.
Tajne sygnały
Okazało się, że arbitraż krótkich cząsteczek białek, które biolodzy wyodrębnili z tego roztworu, był w rzeczywistości przeznaczony do komunikowania się ze sobą wirusów, a nie bakterii, a ich „autorami” nie były drobnoustroje, ale ich nieproszeni goście.
Cząsteczki te, jak pokazują eksperymenty izraelskich genetyków, powodują, że wirus „przełącza się” z jednego programu reprodukcyjnego na inny. W obecności arbitra wirusy „schodzą pod ziemię”, wbijając się w DNA bakterii zamiast namnażać się w nich i niszczyć komórki.
Zmiana programu następuje z powodu blokowania przez arbitraż działania wirusowego białka AimR, które jest odpowiedzialne za rozpoczęcie procedury namnażania wirusowego DNA i rozpuszczania ścianek bakterii.
Dlaczego wirusy tego potrzebują? Ten system sygnalizacji, wyjaśniają naukowcy, działa jako rodzaj zbiorowej inteligencji wirusów, która pozwala im elastycznie koordynować swoje zachowanie. Gdy wirusów jest niewiele, bardziej opłaca się im aktywnie rozmnażać się, infekując nowe bakterie i zabijając je, ale z czasem jest ich zbyt wiele i bakterie zaczynają zbiorowo reagować na infekcję lub liczba prątków spada do skrajnie niskich wartości.
W tym momencie wirusy przełączają się na alternatywny program infekujący, wykorzystując sygnały takie jak arbitraż i „chowaj się w tłumie”, czekając na nową okazję do infekcji. Sorek twierdzi, że jego zespół odkrył ponad sto innych cząsteczek podobnych do arbitrażu i AimR w innych wirusach bakteriofagów, co sugeruje, że wiele, a nawet wszystkie wirusy są w stanie „komunikować się” ze swoim rodzajem.
Możliwe, że podobne systemy istnieją w wirusach infekujących ludzi, a ich obecność mogłaby wyjaśnić, w jaki sposób HIV i wiele innych retrowirusów ukrywa się w komórkach, próbując wydalić je z organizmu. Jeśli naukowcom uda się znaleźć cząsteczkę, która sprawi, że wirus HIV „wbije się” w komórkę na zawsze i tam nie opuści, to problem walki z nim zostanie rozwiązany.