Virusima su potrebni domaćini. Bilo da se radi o boginjama, gripu ili koronavirusu, virusni patogeni ne mogu da se razmnožavaju ili inficiraju druge organizme bez pomoći ćelijske infrastrukture svog domaćina. Međutim, ljudi nisu jedini pogođeni virusima: životinje, biljke, pa čak i mikroorganizmi mogu poslužiti kao domaćini.
Virusi koji koriste bakterije kao ćelije domaćina nazivaju se bakteriofagi (ili jednostavno „fagi“ skraćeno) i smatra se da su najzastupljeniji biološki entiteti od svih. Baš kao što ljudski imuni sistem stupa u akciju da se odupre infekciji gripa ili koronavirusa, bakterije ne dozvoljavaju samo fagima da se infiltriraju u njihovu ćelijsku mašineriju bez borbe.
Istraživački tim na Univerzitetu u Jeni i njegovom klasteru izvrsnosti „Balance of the Microverse“ detaljno je ispitao složenu interakciju strategija napada i odbrane kada su bakterije koje izazivaju koleru (Vibrio cholerae) inficirane bakteriofagom poznatim kao VP882—i otkrili da sićušni molekuli RNK igraju odlučujuću ulogu. Nalazi istraživača objavljeni su u najnovijem broju časopisa Cell Host & Microbe.
Postoje dva načina na koja se fagi mogu razmnožavati nakon zaraze bakterijama: ili kao nevidljivi putnici, skriveni u genetskom materijalu bakterije, ili kao lukavi kidnaperi, koji se umnožavaju u ogromnom broju u bakterijskim ćelijama bez obzira na potencijalne gubitke i, na kraju, uništavajući ćelije. Koju metodu će fag usvojiti zavisi od toga da li je dovoljan broj drugih ćelija domaćina dostupan u neposrednom okruženju za pružanje skloništa.
Ali kako fagi to određuju? „Oni se oslanjaju na hemijski mehanizam za brojanje koji bakterije koriste da identifikuju druge pripadnike svoje vrste“, objašnjava prof. dr Kai Papenfort sa Univerziteta u Jeni, koji je vodio projekat.
Poznata kao „osjećanje kvoruma“, ova metoda koristi signalne molekule koje proizvode bakterije i ispuštaju u njihovu okolinu. U isto vreme, bakterije prate koncentraciju ovih molekula koristeći specifične receptore, čime dobijaju informacije o veličini njihove trenutne populacije.
„Trik faga u suštini uključuje ‘slušanje’ ove hemijske komunikacije između bakterija“, kaže Papenfort.
U svojim eksperimentima, istraživači iz Jene su ispitali šta se dešava sa fagima i bakterijama kada bakterije emituju signale za detekciju kvoruma. „Uočili smo da je 99% bakterija uništeno u roku od 60 minuta, a za to vreme fagi preuzimaju kontrolu“, izveštava dr Marsel Sprenger, glavni autor članka.
Tim je otkrio da ovo prebacivanje kontrolišu sićušni molekuli RNK, od kojih se jedan zove „VpdS“ (VP882 sRNA izvedena iz faga). „Čim fagi prime hemijski signal od bakterija, ova RNK se proizvodi u velikim količinama“, kaže Sprenger.
Da bi tačno saznao koji su geni regulisani VpdS-om, tim je usvojio sveobuhvatan, tehnološki pristup i inficirao kulture bakterija sa VP882 fagima i genetski modifikovanim fagima koji nisu u stanju da proizvode VpdS.
Primenjujući metod poznat kao „interakcija RNK ligacijom i sekvenciranjem“, istraživači su uspeli da identifikuju interakcije između svih RNK molekula u kulturama bakterija u različito vreme. „Ovo ne samo da nam je dalo uvid u to koji su geni aktivni, već je pokazalo i kako oni međusobno deluju“, kaže Papenfort.
Ovaj metod je omogućio istraživačima da ispitaju gene faga, kao i gene bakterija domaćina. Kao rezultat toga, istraživači su stekli opsežan uvid u promene koje su se desile tokom i nakon utvrđivanja kvoruma. „Uspeli smo da pokažemo da VpdS reguliše gene faga, kao i gene domaćina, što efikasno objašnjava uništavanje bakterijskih ćelija“, kaže Papenfort.
Međutim, istraživači su uspeli da zaključe dalje odnose iz podataka koje su prikupili. Na primer, bakterije takođe imaju gene koji se, kada se aktiviraju hemijskim signalom, bore protiv razmnožavanja faga i na taj način se suprotstavljaju njihovom sopstvenom uništenju.
Prema Papenfortu, ovaj aspekt je posebno zanimljiv. „Ove možemo videti kao prekursore imunološkog sistema u višim organizmima. Bakterije imaju mnogo gena koji ih štite od virusa.“ S obzirom da su ovi geni prisutni i u višim organizmima, istraživači pretpostavljaju da bi molekuli RNK takođe mogli da igraju važnu ulogu u njihovoj regulaciji.
