Virussen zijn de schurken en helden van het leven zoals we het kennen

Kwaadaardige fagen volgen de lytische cyclus van virale replicatie en vernietigen hun gastheren zodra de reproductie is voltooid. Aan de andere kant volgen gematigde fagen de lysogene cyclus en blijven slapend in het DNA van hun gastheer totdat ze exploderen. aan hem toegeschreven: CNX OpenStax / Wikimedia CommonsEn CC BY

Virussen hebben een slechte reputatie. Zij zijn verantwoordelijk voor de COVID-19-pandemie en a Lange lijst van ziekten die de mensheid sinds onheuglijke tijden teistert. Is er iets om ze te vieren?

veel Biologen zoals ik We denken dat er, in ieder geval voor één specifiek type virus-hij heet, fagenof virussen die infecteren bacteriën. Wanneer een cel het DNA van deze virussen oppikt, kan het instructies bevatten die die cel in staat stellen nieuwe trucjes uit te voeren.

De machtige kracht van bacteriële virussen

De fagen, of kortweg fagen, blijven bacteriële gemeenschappen Onder controle, zowel op het land als op zee. zij doden Elke dag tot 40% van de oceaanbacteriën, die helpt om te controleren Bacteriële reproductie en herverdeling van organisch materiaal.

Het vermogen om selectief bacteriën te doden, heeft ook artsen enthousiast gemaakt. Het waren zowel natuurlijke als gemanipuleerde fagen Het wordt met succes gebruikt om bacteriële infecties te behandelen Reageer niet op antibiotica. Dit proces, bekend als faag therapieHet kan helpen in de strijd resistentie tegen antibiotica.

Recent onderzoek Het wijst op een andere belangrijke functie van barrens: ze kunnen de ultieme genetische fixeermiddelen van de natuur zijn en nieuwe genen maken cellen Het kan achteraf worden ingebouwd voor nieuwe functies.

Bacteriofagen zijn de meest voorkomende levensvorm op aarde, met Nonleon – dat is 1 met 31 nullen erachter – daarvan zweven rond de wereld op elk moment. Zoals alle virussen hebben fagen het ook Hoge reproductiesnelheden en mutaties, wat betekent dat ze bij elke reproductie vele varianten vormen met verschillende eigenschappen.

De meeste fagen hebben een extensie Een stijve schaal wordt een capside genoemd vol met hun genetisch materiaal. In veel gevallen heeft de cortex meer ruimte dan de faag nodig heeft om het DNA op te slaan dat nodig is voor de replicatie ervan. Dit betekent dat fagen ruimte hebben om extra genetische bagage te dragen: genen die eigenlijk niet nodig zijn voor het overleven van fagen en die ze naar believen kunnen wijzigen.

Hoe bacteriën een virale sleutel herverwerkten

Om erachter te komen hoe dit gebeurt, gaan we dieper in op de levenscyclus van een faag.

Fagen zijn er in twee hoofdsmaken: mild en virulent. virulente fagenHet draait, net als veel andere virussen, op software om binnen te vallen, te repliceren en te doden. Ze gaan de cel binnen, kapen de componenten ervan, maken kopieën van zichzelf en exploderen.

gematigde fagenAan de andere kant, speel het lange spel. Ze versmelten hun DNA met de cel en kunnen jarenlang sluimeren totdat iets hen activeert. Daarna keren ze terug naar het kwaadaardige gedrag: herhaling en explosie.

Veel milde fagen gebruiken DNA-schade als hun trigger. Het is een soort “Houston, we hebben een probleem”-signaal. Als het DNA van de cel beschadigd is, betekent dit dat het DNA van de aanwezige faag waarschijnlijk als volgende wordt doorgegeven, dus de faag besluit wijselijk om het schip te verlaten. Genen die fagen aansturen om te reproduceren en te exploderen, worden uitgeschakeld tenzij DNA-schade wordt gedetecteerd.

Bacteriën hebben de mechanismen die deze levenscyclus beheersen opnieuw ontworpen om een ​​complex genetisch systeem te genereren dat mijn collega’s en ik waren. Hij studeert al meer dan twee decennia.

Bacteriële cellen zijn ook geïnteresseerd om te weten of hun DNA is gebroken. Als dat zo is, activeren ze een groep genen die proberen DNA te repareren. Dit staat bekend als SOS bacteriële reactie Want als het faalt, raakt de cel oververhit. Bacteriën orkestreren de SOS-respons met behulp van een schakelaarachtig eiwit dat reageert op DNA-schade: het wordt ingeschakeld als er schade is en wordt uitgeschakeld als er geen is.

Wanneer een milde faag een bacteriële cel infecteert en zijn genoom integreert met het DNA van de cel, blijft hij gewoonlijk slapend totdat hij wordt gestimuleerd om uit de cel te barsten. Maar zodra het DNA van de faag onderdeel wordt van de bacteriën, kunnen mutaties het genetische materiaal van de faag verstoren en inactief maken. Dit betekent dat wanneer DNA-schade optreedt, de faag zichzelf niet kan herstellen en exploderen. Na verloop van tijd kunnen bacteriën een faagschakelaar aanpassen om hun SOS-responsgenen te beheersen. aan hem toegeschreven: Miguel Sanchez Osuna / Gemaakt met BioRender.comEn CC BY-NC-ND

Het is misschien niet verrassend dat bacteriële en faagschakelaars evolutionair verwant zijn. Dit roept bij ons de vraag op: wie heeft de schakelaar uitgevonden, bacteriën of virussen?

Onze vorige zoekopdracht en Het werk van andere onderzoekers Geeft aan dat fagen er als eerste waren. in ons gebied recent verslag, ontdekten we dat de SOS-reactie op bacterieënHet is een groep bacteriën Maken tot de helft van de bacteriën uit die in je darm leven, onder controle van een faagschakelaar die is aangepast om de complexe genetische programma’s van de bacterie uit te voeren. Dit geeft aan dat bacteriële SOS-schakelaars in feite faagschakelaars zijn die eeuwen geleden opnieuw zijn verwerkt.

Het zijn niet alleen bacteriële schakelaars die faaguitvindingen lijken te zijn. Uit mooi onderzoekswerk bleek dat ook het bacteriële gen dat nodig is voor celdeling ontstond het faagtoxine-gen “domesticeren”. En veel bacteriële aanvalssystemen zoals: gifstoffen en de genetische wapens gebruikt om ze ook in cellen te injecteren camouflage Ze gebruiken het om het immuunsysteem te ontwijken, waarvan bekend is of vermoed wordt dat het aanwezig is NS oorsprong.

Virus positieven

Nou, je zou kunnen denken dat fagen cool zijn, maar de virussen die ons infecteren zijn dat zeker niet. Er is echter steeds meer bewijs dat virussen die planten en dieren infecteren ook een belangrijke bron van genetische innovatie in deze organismen zijn. Zo is aangetoond dat gedomesticeerde virale genen een belangrijke rol spelen bij Evolutie van de placenta van zoogdieren en het behoud van vocht in de menselijke huid.

Recent bewijs geeft aan dat zelfs De celkern, die DNA bevat, kan ook een virale uitvinding zijn. Onderzoekers hebben ook gespeculeerd dat de voorouders van de virussen van vandaag de pioniers kunnen zijn geweest DNA gebruiken als het basismolecuul van het leven. Niet makkelijk.

Dus hoewel je misschien gewend bent om virussen als de ultieme schurken te zien, kan worden gezegd dat ze de genetische innovatiekrachten van de natuur zijn. Mensen zijn waarschijnlijk hier vandaag vanwege hen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder een Creative Commons-licentie. Lees de origineel artikel.