Velika, složena stvorenja poput ljudi mogu se trošiti na ogroman imunološki sistem specijalizovanih ćelija koje otkrivaju ili uništavaju osvajače. Jednostavniji organizmi kao što su biljke i bakterije često moraju da se oslanjaju na pakete multitasking proteina koji su, poput noževa švajcarske vojske, opremljeni za oba posla. Pošto je odbrana tako univerzalna briga, nije iznenađujuće što su mnogi od ovih odbrambenih sistema sačuvani kroz evoluciju i podeljeni među različitim organizmima, uključujući ljude. Ali nova studija objavljena ovog meseca u časopisu Science otkrila je da porodica proteina u bakterijama i arhejama, jednostavnim prokariotskim ćelijama koje su najstariji oblik života, otkriva viruse na način koji nikada ranije nije viđen.
Zbog napretka u sekvenciranju gena i bioinformatičkim tehnikama, mnoge od antivirusnih sredstava odbrane koje bakterije koriste su primećene tek u poslednjih 50 godina. Ali interesovanje za njih je poraslo u poslednjoj deceniji zbog moćnog alata za uređivanje gena koji koristi bakterijski CRISPR-Cas9 sistem. Uspeh alata podstakao je istraživače da se više fokusiraju na to kako bakterijski molekuli prepoznaju viruse i eliminišu ih.
Neke od ovih antivirusnih sredstava odbrane, kao što je CRISPR-Cas9, prepoznaju specifične sekvence u DNK koje fag ubrizgava u svog domaćina. Drugi ne osećaju direktno fragmente virusa, ali reaguju na dokaze o šteti koju virus izaziva, kao što je oštećena DNK ili neispravni ćelijski procesi – molekularni ekvivalenti razbijenog stakla na mestu provale.
Ali bakterijski imunološki senzori koji se nazivaju Avs proteini takođe ne rade, kao što su istraživači predvođeni Fengom Zhangom sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu i Eugeneom Kooninom iz Nacionalnog centra za biotehnološke informacije sada otkrili. Avs proteini mogu direktno da otkriju virusne proteine proizvedene od strane otete mašinerije ćelije.
Nadzor proteina je rizična strategija za mikrobe: čak i nekoliko mutacija može učiniti sekvencu aminokiselina proteina neprepoznatljivom, omogućavajući patogenu da izbegne otkrivanje. Prilagodljivi imuni sistem kod ljudi i drugih kičmenjaka može da juri virusne proteine jer mogu da rasporede milijarde specijalizovanih ćelija za sprovođenje pretrage – opcija koja nije otvorena za pojedinačne bakterije.
Ipak, Zhangova grupa je otkrila da Avs proteinima ne smetaju male promene u sekvencama aminokiselina – ili velike, u tom slučaju. „Testirali smo 24 različita faga, koji obuhvataju devet fagijskih familija“, rekao je Aleks Gao, biohemičar sa Univerziteta Stanford i vodeći autor rada, „i otkrili da je postojala skoro sveobuhvatna aktivacija“ Avs.
Ciljani proteini u različitim porodicama virusa imali su skoro potpuno različite sekvence aminokiselina, ali su svi obavljali isti posao: namotavanje lanaca virusne DNK i njihovo pakovanje u novoformirane virusne čestice. Shodno tome, svi su zadržali isti funkcionalni oblik.
Avs proteini koriste ovu molekularnu sličnost, shvatio je tim. Proteini su „prepoznavali trodimenzionalne nabore i oblike, a ne sekvence“, objasnio je Gao. Avs protein „u osnovi se omotava kao rukavica oko ruke“. Ova vrsta 3D strukturnog prepoznavanja „nema mnogo presedana, koliko znamo, u molekularnoj biologiji“, dodao je on.
Jedini način da ovi virusni proteini izbegnu detekciju Avs-a bio bi da mutiraju u neprepoznatljiv oblik. Ali „promena oblika bez destabilizacije proteina ili na drugi način kompromitovanja njegove funkcije u fagu nije trivijalna“, rekao je Kunin.
Svestrane, sveobuhvatne veštine prepoznavanja Avs proteina nisu ograničene na uočavanje virusa koji inficiraju bakterije. Kunin se prisetio da je pitao Gaoa u šali da li Avs proteini mogu da otkriju životinjske herpesviruse – veoma daleke rođake faga testiranih u radu. Na svoje iznenađenje, Gao je odgovorio: „Da, već smo to uradili! Rade.“ Avs proteini su prepoznali proteine koji pakuju DNK u humanim herpesvirusima, iako je prepoznavanje bilo slabije nego kod bakterijskih faga.
„Ovo je prvi put da znam da element koji prepoznaje napadača može da identifikuje viruse koji inficiraju tako udaljene organizme“, rekao je Rotem Sorek, mikrobni genetičar sa Vajcmanovog instituta za nauku koji nije bio uključen u studiju.
Kada Avs proteini otkriju virusne proteine, oni mogu da udare na virus na različite načine – od kojih se barem neki završavaju samouništenjem bakterija. Ćelijsko samoubistvo može izgledati neintuitivno kao odbrana, ali bakterije često žive u kolonijama sa jakom genetskom sličnošću. Uništavajući sebe, zaražene ćelije mogu zaštititi susede koji su u suštini njihovi blizanci, što „ima savršenog smisla“ kao evoluciona strategija, rekao je Kunin.
Osim toga, do trenutka kada virusni proteini postanu očigledni za Avs odbranu u bakteriji, virus već sastavlja kopije sebe i uskoro će eksplodirati iz zaražene ćelije. U tom trenutku, rekao je Sorek, „fag ionako ne može pobeći od smrti“.
