بدن زیر تلسکوپ ویروس‌ها است

پژوهش جدیدی نشان می‌دهد که ویروس‌ها از اطلاعات محیط خود استفاده می‌کنند تا تصمیم بگیرند که چه زمانی در بدن میزبان خود محکم بنشینند، چه زمانی تکثیر شوند، چه زمانی منفجر شوند و سلول میزبان را بکشند. این پژوهش، پیامد‌هایی را برای توسعه دارو‌های ضد ویروسی دارد.

"ایوان اریل" (Ivan Erill)، استاد علوم بیولوژیکی دانشگاه مریلند در بالتیمور و از پژوهشگران این پروژه گفت: توانایی یک ویروس برای حس کردن محیط خود، از جمله عناصر تولیدشده توسط میزبان، لایه دیگری از پیچیدگی را به تعامل ویروس و میزبان اضافه می‌کند. در حال حاضر، ویروس‌ها از این توانایی به نفع خود سوءاستفاده می‌کنند، اما شاید ما در آینده بتوانیم از آن به ضرر آن‌ها سوءاستفاده کنیم.

این پژوهش جدید روی باکتریوفاژ‌ها متمرکز شد؛ ویروس‌هایی که باکتری‌هایی را آلوده می‌کنند که اغلب به آن‌ها "فاژ" می‌گویند. فاژ‌های مورد بررسی فقط زمانی می‌توانند میزبان خود را آلوده کنند که سلول‌های باکتری دارای زائده‌های خاصی به نام "پیلی" (pili) و "تاژک" (flagella) باشند که به حرکت و جفت شدن باکتری کمک می‌کند. باکتری‌ها، پروتئینی به نام "CtrA" را تولید می‌کنند که زمان تولید این زائده‌ها را کنترل می‌کند. این پژوهش جدید نشان می‌دهد که بسیاری از فاژ‌های وابسته به زائده، دارای الگو‌هایی در DNA خود هستند که پروتئین CtrA می‌تواند به آن‌ها متصل شود و به آن‌ها مکان‌های اتصال می‌گویند. اریل گفت: فاژی که محل اتصال پروتئینی را دارد که توسط میزبانش تولید می‌شود، غیرعادی است.

نکته شگفت‌آورتر این بود که اریل و "الیا ماسکولو" (Elia Mascolo)، پژوهشگر ارشد این پروژه، از طریق تجزیه و تحلیل دقیق ژنومی دریافتند که این مکان‌های اتصال، منحصر به یک فاژ یا حتی یک گروه منفرد از فاژ‌ها نیستند. بسیاری از انواع مختلف فاژ‌ها دارای محل اتصال CtrA بودند، اما همه آن‌ها نیاز داشتند که میزبان دارای پیلی یا تاژک باشد تا آن‌ها را آلوده کنند. آن‌ها نتیجه گرفتند که این موضوع نمی‌تواند تصادفی باشد.

اریل گفت: توانایی نظارت بر سطوح CtrA طی چندین بار تکامل توسط فاژ‌های مختلفی که باکتری‌های گوناگون را آلوده می‌کنند، ابداع شده است. هنگامی که گونه‌های مرتبط، ویژگی مشابهی را نشان می‌دهند، به آن "تکامل همگرا" (Convergent evolution) می‌گویند و نشان می‌دهد که این ویژگی قطعا مفید است.

نخستین فاژی که پژوهشگران در آن محل‌های اتصال CtrA را شناسایی کردند، گروه خاصی از باکتری‌ها به نام "کولوباکترال‌ها" (Caulobacterales) را آلوده می‌کند. کولوباکترال‌ها، گروهی از باکتری‌ها هستند که به‌خوبی بررسی شده‌اند، زیرا به دو شکل وجود دارند؛ یک شکل که آزادانه در اطراف شنا می‌کند و یک شکل که به سطح می‌چسبد. گروه نخست دارای پیلی و تاژک هستند، اما گروه دوم آن را ندارند. در این باکتری‌ها، CtrA چرخه سلولی را تنظیم می‌کند و تعیین می‌کند که آیا یک سلول به طور مساوی به دو نوع سلولی مشابه تقسیم می‌شود یا به صورت نامتقارن تقسیم می‌شود تا یک سلول از شکل نخست و یک سلول از شکل دوم را تولید کند.

اریل گفت: از آنجا که فاژ‌ها فقط می‌توانند سلول‌های گروه نخست را آلوده کنند، به نفع آنهاست که تنها زمانی از میزبان خود خارج شوند که سلول‌های زیادی برای آلوده کردن وجود دارد. به طور کلی، کولوباکترال‌ها در محیط‌های فقیر از مواد مغذی زندگی می‌کنند و بسیار پراکنده هستند، اما هنگامی که محیط مناسبی پیدا می‌کنند، به سلول‌های گروه دوم تبدیل می‌گردند و تکثیر می‌شوند.

وی افزود: فرضیه ما این است که فاژ‌ها بر سطح CtrA را که طی چرخه زندگی سلول‌ها بالا و پایین می‌رود، نظارت می‌کنند تا بفهمند چه زمانی سلول در حال تبدیل شدن است و در آن نقطه، سلول را در هم می‌شکنند، زیرا تعداد زیادی از سلول‌ها در نزدیکی آن‌ها وجود خواهد داشت تا آلوده شوند.

روش اثبات این فرضیه، فشرده و بسیار دشوار است؛ بنابراین بخشی از این پژوهش جدید نبود. در هر حال، اریل و همکارانش امیدوارند که در آینده به این موضوع بپردازند. با وجود این، آن‌ها هیچ توضیح قابل قبول دیگری را برای تکثیر مکان‌های اتصال CtrA در بسیاری از فاژ‌های مختلف نمی‌بینند که همگی برای آلوده کردن میزبان خود به پیلی و تاژک نیاز دارند. پژوهشگران خاطرنشان کردند که موضوع جالب‌تر، پیامد‌های ناشی از ویروس‌هایی است که سایر ارگانیسم‌ها، حتی انسان‌ها را آلوده می‌کنند.

اریل ادامه داد: هر آنچه در مورد فاژ‌ها می‌دانیم و راهبرد‌های تکاملی که آن‌ها توسعه داده‌اند، نشان داده است که آن‌ها به ویروس‌هایی تبدیل می‌شوند که گیاهان و حیوانات را آلوده می‌کنند. بنابراین، اگر فاژ‌ها به میزبان خود گوش دهند، ویروس‌هایی که بر انسان تأثیر می‌گذارند هم حتما همین کار را انجام می‌دهند.

چند نمونه مستند دیگر از فاژ‌ها وجود دارد که محیط خود را به روش‌های جالبی بررسی می‌کنند، اما هیچ‌کدام شامل فاژ‌های متفاوتی نمی‌شوند که از راهبرد مشابهی علیه میزبان‌های باکتریایی استفاده می‌کنند.

اریل اضافه کرد: این پژوهش جدید حاکی از آن است که فاژ‌ها به آنچه در سلول می‌گذرد، گوش می‌دهند که در این مورد، از نظر رشد سلولی است، اما من پیش‌بینی می‌کنم که نمونه‌های بیشتری در راه است.
اریل خاطرنشان کرد که اعضای آزمایشگاه او در حال حاضر، جستجوی گیرنده‌هایی را برای سایر مولکول‌های تنظیم‌کننده باکتری در فاژ آغاز کرده‌اند و در حال یافتن آن‌ها هستند.

اریل گفت: نکته کلیدی پژوهش ما این است که ویروس از هوش سلولی برای تصمیم‌گیری استفاده می‌کند و اگر این اتفاق در باکتری‌ها رخ می‌دهد، تقریبا به طور قطع در گیاهان و حیوانات نیز پیش می‌آید، زیرا اگر این یک راهبرد تکاملی منطقی باشد، تکامل، آن را کشف و از آن بهره‌برداری خواهد کرد.

برای مثال، یک ویروس حیوانی برای بهینه‌سازی راهبرد خود به منظور بقا و تکثیر ممکن است بخواهد بداند که در چه نوع بافتی قرار دارد یا واکنش ایمنی میزبان به عفونت آن چقدر قوی است. اگرچه ممکن است فکر کردن درباره همه اطلاعاتی که ویروس‌ها می‌توانند جمع‌آوری کنند و احتمالا آن‌ها را برای بیمارتر کردن ما به کار ببرند، ناراحت‌کننده باشد، اما این اکتشافات، راه را برای ارائه درمان‌های جدید نیز هموار می‌کنند.
اریل افزود: اگر در حال تولید یک داروی ضد ویروسی باشید و بدانید که ویروس به سیگنال خاصی گوش می‌دهد، شاید بتوانید ویروس را فریب دهید. در هر حال، تا به دست آوردن این نتیجه هنوز فاصله است. ما تازه درک این موضوع را آغاز کرده‌ایم که ویروس‌ها چقدر فعالانه به ما چشم دوخته‌اند، چگونه بر آن چه در اطرافشان می‌گذرد، نظارت می‌کنند و براساس آن تصمیم می‌گیرند. این شگفت‌انگیز است.