Majú vírusy „oči a uši“?

Štúdia tvrdí niečo ťažko uveriteľné – že aj nanoštruktúry (na ktorých sa učenci ešte ani nezhodli, či sú živé, alebo nie) sú veľmi dobre informované nielen o dianí v ich bezprostrednej blízkosti (rozumej vo vnútri napadnutej bunky), ale aj o tom, čo sa deje mimo bunky ich hostiteľa. A že teda dobre vedia, kedy na seba nemajú upozorňovať a kedy je pre nich naopak výhodné vyceriť zuby a svojho dobrodinca opustiť.

Výskumníci si pri fágoch všimli, že svoje hostiteľky napádajú len vtedy, keď majú na svojom povrchu krátke vlasovité výbežky a bičík, pomocou ktorého sa baktérie pohybujú.

Vodbornom časopise Frontiers in Microbiology vyšiel článok p od názvom „Regulátor transkripcie CtrA riadi génovú expresiu u fágov Alphaproteobacteria“. Bežnému smrteľníkovi to veľa nepovie, a preto pozornosť nevzbudil. Napriek tomu si o výsledkoch pokusov popísaných v genetickej hantírke niečo povieme. Štúdia je výsledkom bádania kolektívu z Baltimore, Oxfordu, Texasu a Barcelony vedeného Ivanom Erillom – svetovo uznávaným expertom na bakteriofágy.

Sám pre nich radšej používa kratší názov „fágy“. V skutočnosti ide o vírusy. V tomto prípade nám od nich žiadne nebezpečenstvo nehrozí, sú úzko špecializované a napádajú len baktérie. Poznatok by ale mohol viesť k získaniu nových typov antivirotík pre humánnu medicínu a to je dôvod, prečo stojí za to sa objavu venovať.

Začalo to tým, že si výskumníci pri fágoch povšimli isté podivnosti, a to že svoje hostiteľky napádajú len niekedy. A síce vtedy, keď majú na svojom povrchu krátke vlasovité výbežky a bičík, pomocou ktorého sa baktérie pohybujú. Teraz trošku odbočíme a zabrúsime do genetiky. Konkrétne do úlohy génu CtrA. To on má na starosti tvorbu rovnomenného proteínu a baktérie si ním riadia vo svojom bunkovom cykle celý rad záležitostí vrátane tvorby oných spomínaných výbežkov (pilusov a bičíkov).

Urobíme ešte jednu odbočku. Tentokrát budeme špehovať intímny život baktérií. Všetko nám začne dávať zmysel (tak ako vedcom) až ku koncu celého príbehu. Keď na baktériu (Caulobacter) prídu rozmnožovacie chúťky, má na výber. Buď dá vznik dvom rovnakým bunkám (delí sa symetricky), alebo sa rozdelí asymetricky. V tom prípade sa od stonkovej bunky oddelí pohyblivá rojová bunka. Tá má bičík a pláva. Po asi polhodine až hodine plavby svoj „motor“ odvrhne a pretvorí sa do usadenej stonkovej bunky. Pomocou adhezívnej organely sa svojou stopkou prichytí nejakého povrchu a ak je prostredie priaznivé, cyklus množenia sa rýchlo opakuje.

Obrázok č. 2: Ivan Erill. Jeho tím pripravil učencom ďalší dôvod na mudrovanie. Pri takom primitívnom diele prírody, akým vírusy nesporne sú, a nad ktorým sa ešte vedú dišputy, či sú živé, alebo neživé, podal dôkaz, že majú informácie o tom, čo sa okolo nich deje. V skutočnosti je to pragmaticky jednoduché, ale dojem, ako dokážu využiť podobnosť väzobných miest a podľa toho sa zachovať, je fascinujúci. Ako Erill s obľubou hovorí: „Akoby aj vírusy mali oči a uši“. (Kredit: Gnomehacker, Wikipedia, CC BY-SA 4.0)

Obrázok č. 1: Delta bakteriofág – vírus, ktorý má väzobné miesta pre CtrA (proteín produkovaný hostiteľom bakteriofágu). S ich pomocou fág monitoruje prítomnosť proteínu na „rozhodovanie“, či zostať v pokoji, alebo sa replikovať a hostiteľskú bunku opustiť. (Kredit: Tagide deCarvalho/UMBC)

Keď sa vrátime k nášmu génu a jeho proteínu CtrA – regulačnému prvku bakteriálneho bunkového cyklu (diktujúcemu či dôjde k deleniu rovnomernému, na dve bunky rovnakého bunkového typu, alebo k asymetrickému za vzniku jednej rojovej a jednej stonkovej bunky), začína dávať zmysel, prečo majú fágy vybavenie, ktorým hladinu CtrA registrujú. Umožňuje im to „odčítať“, kedy sú (alebo sa mu blížia) ich hostiteľky v štádiu rojovej bunky (s bičíkom), teda v štádiu, ktoré vedia infikovať.

Prečo to evolúcia zariadila tak zložito?

Aj na to majú vedci odpoveď. Baktérie žijú všeobecne v prostredí chudobnom na živiny. Množia sa málo a pre vírusy by nebolo múdre, aby živoriacu bunku zahubili. Ťažko by totiž v okolí hľadali ďalšie nešťastnice vhodné na napadnutie. Keď ale nast anú baktériám dni hojnosti, stopkové bunky sa začnú množiť za vzniku rojových buniek. Fágom sa oplatí vo svojom hostiteľovi čakať na dobu, keď sa s veľkou pravdepodobnosťou aj susedné baktérie v kolónii rozhodnú množiť asymetricky a keď sú výsledkom rojové bunky s bičíkom. Vyčkávacia stratégia sa vírusom odvďačí bohato prestretým „stolom“ plným rojoviek.

Vedci v štúdii uvádzajú aj ďalšie poznatky. Napríklad, že DNA vzory (na ktoré s a proteín CtrA viaže) má nielen jeden druh fága. Dokonca ani nie len jedna ich skupina, ale najskôr všetky fágy, ktoré napádajú baktérie obdarené pilusmi a bičíkom. Genómová analýza vedcom odhalila, že evolúcia

„Ak sa niečo deje u baktérií, je takmer isté, že sa to bude diať aj u rastlín a živočíchov.“

Ivan Erill

týmto mechanizmom vybavila rôzne skupiny vnútrobunkových parazitov viackrát. To pochopiteľne nemôže byť náhoda a oprávňuje to k nasledujúcemu záveru. Pokiaľ sa v evolúcii nejaká stratégia vyvinie nezávisle opakovane, znamená to, že sa osvedčuje a že niečo podobné (s iným genetickým vzorom) možno očakávať aj u iných vírusov. Slovami Ivana Erilla: „Ak sa niečo deje u baktérií, je takmer isté, že sa to bude diať aj u rastlín a živočíchov.“

Ľudským vírusom by sa podobná optimalizácia stratégie prežitia a replikácie tiež hodila. Napríklad by mohli chcieť vedieť, aká silná je momentálne naša imunitná odpoveď, v akom tkanive sa nachádzajú… Na jednej strane je pomyslenie, čo všetko by si na nás titerní nanotrýznitelia mohli pripraviť, deprimujúce. Na druhej strane nám objav otvára dvere k novému typu antivirotík – „klamlivých antivirotík“. Dúfajme, že aj na znova hroziace koronavírusy.

Aktivácia regulátora transkripcie bunkového cyklu (CtrA)

ROJOVÁ (pohyblivá)

NEPOHYBLIVÁ

Infekcia

Dotyk a pripojenie

NEPOHYBLIVÁ

Preniknutie

Odklad lýzy

ROJOVÁ (pohyblivá) časová os Replikácia a lýza časová os

Začína dávať zmysel, prečo majú fágy vybavenie, ktorým hladinu CtrA registrujú – umožňuje im to „odčítať“, kedy sú ich hostiteľky v štádiu, ktoré vedia infikovať.

Obrázok č. 3: Životný cyklus fágov. Fágy infikujú baktérie v štádiu, keď majú bičík a pilusy (rojové bunky). V tých je hladina aktivovaného CtrA nízka a fágy robia mŕtveho chrobáka (odďaľujú svoj lytický cyklus). Akonáhle sa ale bunka premení na tú so stopkou a hladina CtrA začne stúpať, fágové gény sa začnú prebúdzať a spustia cyklus, pri ktorom svoje infekčné agensy vypúšťajú do prostredia. S veľkou pravdepodobnosťou ide totiž o dobu hojnosti, keď aj ostatné baktérie produkujú rojové bunky – vhodný objekt na napadnutie. (Kredit: Elia Mascolo, et al., 2022)

Literatúra

1. Elia Mascolo et al, The transcriptional regulator CtrA controls gene expression in Alphaproteobacteria phages: Evidence for a lytic deferment pathway, Frontiers in Microbiology (2022). DOI: 10.3389/fmicb.2022.918015