چگونه برخی از میکروب های روده ویروس های “زامبی” را در همسایگان خود بیدار می کنند —

آزمایشگاه امیلی بالسکوس، محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز، ابتدا به عنوان پیش چاپ در bioRxiv و بعداً در مجله منتشر شد، این بیداری ویروسی عفونت های کاملی را منتشر می کند که سلول های حامل ویروس را از بین می برد. طبیعت در 23 فوریه 2022. آنها دریافتند یک مولکول مرموز به نام کولی باکتین می تواند ویروس های قاتل را از خواب خود فرا بخواند.

میکروب ها اغلب ترکیبات مضری برای حمله به یکدیگر در قسمت های تنگ روده تولید می کنند. بالسکوس، زیست شناس شیمیایی در دانشگاه هاروارد می گوید، اما در میان این سلاح های شیمیایی، کولی باکتین غیرعادی به نظر می رسد. “این به طور مستقیم ارگانیسم های هدف را نمی کشد، چیزی که ما معمولاً در مورد سموم باکتریایی در جوامع میکروبی فکر می کنیم.” در عوض، کولی‌باکتین سلول‌های میکروبی را تغییر می‌دهد و ویروس‌های نهفته و کشنده را که در ژنوم برخی باکتری‌ها پنهان شده‌اند، فعال می‌کند.

انسان مدت هاست که به دنبال ترکیبات قوی ای بوده است که میکروب ها تولید می کنند. Breck Duerkop که در دانشکده پزشکی دانشگاه کلرادو بر روی ویروس‌های باکتریایی مطالعه می‌کند، می‌گوید: «ما چیزهای زیادی در مورد خواص شیمیایی آنها می‌دانیم، آنها را در آزمایشگاه خالص می‌کنیم و از آنها به عنوان دارو از جمله آنتی‌بیوتیک استفاده می‌کنیم.

دوئرکوپ که در این تحقیق نقشی نداشت، می‌گوید چرا باکتری‌ها این ترکیبات را می‌سازند و چه تأثیراتی بر ارگانیسم‌های همسایه می‌گذارند، سؤالات باز است. او تیم های بالسکوس را کار جدید “یک قدم در مسیر درست” می نامد.

ماده تاریک شیمیایی

دانشمندان سال‌ها می‌دانستند که کولی‌باکتین می‌تواند سلول‌های انسان را ویران کند. تحقیقات Balskus و بسیاری دیگر نشان داده است که این ترکیب به DNA آسیب می رساند که می تواند منجر به سرطان روده بزرگ شود. اما برقراری ارتباط بین این ترکیب و بیماری بسیار کارآمد بود.

در سال 2006، یک تیم فرانسوی گزارش داد که سلول‌های پستاندارانی که با باکتری‌های روده مواجه می‌شوند E. coli آسیب مهلکی به DNA آنها وارد شد. محققان این آسیب را به خوشه ای از E. coli ژن های کد کننده ماشین آلات ساخت یک مولکول پیچیده مطالعه این مولکول که کولی‌باکتین نامیده می‌شود، بسیار دشوار بود. پس از تلاش های فراوان، محققان به سادگی نتوانستند آن را از آن جدا کنند E. coli ساختنش.

کولی باکتین یکی از بسیاری از ترکیبات زودگذری است که دانشمندان گمان می کنند میکروب ها می سازند. مانند ذرات نامرئی ماده تاریک در فضا، این “ماده تاریک شیمیایی” به ابزارهای خلاقانه برای مطالعه نیاز دارد. بالسکوس به عنوان بخشی از کاوش در شیمی میکروبی روده، از روش‌های غیرمستقیم برای بررسی این مولکول‌های گریزان استفاده می‌کند.

در طول 10 سال گذشته، تیم او با مطالعه ماشین آلات میکروبی سازنده کولی‌باکتین، آن را کاوش کرده است. او و همکارانش ساختار کولی‌باکتین را کنار هم قرار داده‌اند و تشخیص داده‌اند که با ایجاد اتصالات اشتباه در داخل مارپیچ دوگانه به DNA آسیب می‌زند.

دانشمندان در جاهای دیگر با تکیه بر این کار، پیوند قطعی با سرطان را کشف کردند: اثر انگشت متمایز این مولکول در ژن‌هایی ظاهر می‌شود که باعث رشد تومور کولورکتال می‌شوند.

نقشی برای ویروس ها

جدیدترین مطالعه کولی باکتین Balskus با بیماری دیگری آغاز شد: COVID-19. مانند بسیاری از آزمایشگاه‌های دیگر، آزمایشگاه او مجبور شد برای کاهش تماس فیزیکی بین محققان، چیزها را مرتب کند. به عنوان بخشی از تغییر سازمان، پسادکتر جاستین سیلپ و دانشجوی فارغ التحصیل جوئل وانگ برای اولین بار در نزدیکی یکدیگر کار کردند. مکالمات آنها باعث شد که آنها و بالسکوس به این فکر کنند که چگونه کولی باکتین بر سایر میکروب ها در روده شلوغ تأثیر می گذارد.

در ابتدا، آنها دریافتند که قرار دادن باکتری‌های تولیدکننده کولی‌باکتین در معرض غیر تولیدکننده‌ها تأثیر کمی دارد و نشان می‌دهد که این مولکول به خودی خود کشنده نیست. سیلپه و وانگ مطمئن نبودند که کولی‌باکتین، یک مولکول بزرگ و ناپایدار، حتی می‌تواند وارد سلول‌های باکتریایی شود تا به DNA آنها آسیب برساند. آنها سپس به این فکر کردند که آیا شخص ثالثی – ویروس های آلوده کننده باکتری – ممکن است در این کار دخیل باشد. این ویروس ها به سختی بیشتر از اطلاعات ژنتیکی می توانند وارد DNA باکتری ها شوند و بی سر و صدا در کمین بمانند. سپس، پس از فعال شدن، عفونت ایجاد می کنند که سلول را مانند مین منفجر می کند.

هنگامی که محققان تولیدکنندگان کولی‌باکتین را در کنار باکتری‌های حامل چنین ویروس‌های نهفته رشد دادند، شاهد افزایش تعداد ذرات ویروسی و کاهش رشد بسیاری از باکتری‌های حاوی ویروس بودند. این نشان می‌دهد که این مولکول باعث افزایش عفونت‌های فعال و کشنده سلول شده است. تیم تحقیقاتی نشان داد که کولی باکتین در واقع وارد باکتری ها می شود و به DNA آسیب می رساند. این آسیب زنگ بیداری سلولی را به صدا در می آورد که ویروس ها را بیدار می کند.

به نظر می رسد بسیاری از میکروب ها برای محافظت از خود در برابر کولی باکتین مجهز شده اند. آزمایشگاه Balskus ژن مقاومتی را شناسایی کرد که پروتئینی را کد می کند که این ترکیب را در طیف گسترده ای از باکتری ها خنثی می کند.

بالسکوس می‌گوید: اگرچه کولی‌باکتین به وضوح جنبه خطرناکی دارد، اما ممکن است بیش از یک سلاح کشنده عمل کند. به عنوان مثال، هم آسیب DNA و هم ویروس‌های بیدار می‌توانند به جای مرگ، تغییرات ژنتیکی را در باکتری‌های همسایه ایجاد کنند که به طور بالقوه برای تولیدکنندگان کولی‌باکتین مفید است.

اکتشافات تیم Balskus نشان می دهد که سرطان ممکن است آسیب جانبی ناشی از هر نوع باکتری تولید کننده کولی باکتین باشد. او می‌گوید: «ما همیشه مشکوک بودیم که باکتری‌ها این سم را می‌سازند تا باکتری‌های دیگر را به نوعی هدف قرار دهند. از منظر تکاملی منطقی نبود که آنها آن را برای هدف قرار دادن سلول های انسانی به دست آوردند.

در مرحله بعد، Balskus قصد دارد بررسی کند که این ترکیب چگونه جامعه میکروب‌ها را در روده تغییر می‌دهد – کدام یک از آنها ناپدید می‌شوند و کدامیک پس از قرار گرفتن در معرض این ترکیب رشد می‌کنند. او می‌گوید: «کلید پیشگیری از سرطان ممکن است درک تأثیرات کولی‌باکتین بر جامعه میکروبی و نحوه کنترل تولید آن باشد».