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导读：该研究发现人类身上可能有病毒“眼睛和耳朵”
一种δ噬菌体，该项目的研究对象 由 UMBC 领导的一项新的微生物学前沿研究表明，病毒正在利用它们所处环境的信息来“决定”什么时候该呆在宿主体内，什么时候该繁殖和爆发，从而杀死宿主细胞。这项工作对抗病毒药物的开发具有启示意义。 生物科学教授、这篇新论文的资深作者伊万·埃里尔(Ivan Erill)表示，病毒感知环境(包括宿主产生的元素)的能力增加了“病毒与宿主相互作用的另一层复杂性”。现在，病毒正在利用这种能力为自己谋利。但是在未来，他说，“我们可以利用这一点来损害他们的利益。” 这不是巧合 这项新的研究集中于噬菌体感染细菌的病毒，通常简称为“噬菌体”研究中的噬菌体只有在细菌细胞有特殊附属物(称为菌毛和鞭毛)帮助细菌移动和交配时才能感染宿主。这种细菌产生一种叫做 CtrA 的蛋白质，它可以控制这些附属物的产生时间。这篇新的论文表明，许多依赖于附属物的噬菌体在其 DNA 中有 CtrA 蛋白可以附着的模式，称为结合位点。具有宿主产生的蛋白质结合位点的噬菌体是不寻常的，埃里尔说。 更令人惊讶的是，Erill 和论文的第一作者 Elia Mascolo，Erill 实验室的博士生，通过详细的基因组分析发现这些结合位点并不是单个噬菌体，甚至不是单组噬菌体所独有的。许多不同类型的噬菌体都具有 CtrA 结合位点，但它们都要求宿主具有菌毛和/或鞭毛来感染它们。他们认为这不可能是巧合。 埃里尔说，监测 CtrA 水平的能力“在整个进化过程中已经被感染不同细菌的不同噬菌体多次发明”。当远亲物种表现出相似的特征时，这就是所谓的趋同进化ーー这表明这种特征肯定是有用的。 时机就是一切 这个故事的另一个问题是: 研究小组发现的第一个噬菌体中的 CtrA 结合位点感染了一种叫做 Caulobacterales 的细菌。Caulobacterales 是一个研究得特别充分的细菌群体，因为它们以两种形式存在: 一种是自由游动的“群体”形式，另一种是附着在表面的“潜行”形式。蜂群有菌毛/鞭毛，而茎却没有。在这些细菌中，CtrA 还调节细胞周期，决定一个细胞是否会均匀地分裂成另外两个相同类型的细胞，或者不对称地分裂产生一个蜂群细胞和一个茎细胞。 因为噬菌体只能感染群体细胞，所以当有很多群体细胞可以感染时，它们最好从宿主体内冲出来。一般来说，Caulobacterales 生活在营养贫乏的环境，他们是非常分散。“但是当它们找到一个很好的微生境口袋时，它们就会变成被跟踪的细胞并增殖,”埃里尔说，最终产生大量的蜂群细胞。 因此，“我们假设噬菌体正在监测 CtrA 水平，它在细胞的生命周期中上下波动，以便弄清楚蜂群细胞何时会变成柄细胞并成为蜂群的工厂,”埃里尔说，“在那个时候，它们会破坏细胞，因为附近会有许多蜂群可以感染。” 监听 不幸的是，证明这一假设的方法是劳动密集型的，而且极其困难，所以这并不是这篇最新论文的一部分，尽管埃里尔和他的同事希望将来能够解决这个问题。然而，研究小组认为没有其他合理的解释可以解释 CtrA 结合位点在这么多不同的噬菌体上的增殖，所有这些都需要菌毛/鞭毛来感染宿主。他们指出，更有趣的是，病毒会感染其他生物，甚至是人类。 他说: “我们所知道的关于噬菌体的一切，它们发展出来的每一种进化策略，都已经被证明可以转化为感染动植物的病毒。”。“这几乎是理所当然的。因此，如果噬菌体在监听宿主，那么影响人类的病毒肯定也在监听宿主。” 还有一些其他记录的噬菌体以有趣的方式监测其环境的例子，但没有一个包括这么多不同的噬菌体对这么多细菌宿主采用相同的策略。 埃里尔说，这项新的研究是“第一次广泛证明噬菌体正在监听细胞内发生的事情，在这种情况下，就细胞发育而言”。但他预测，更多的例子正在出现。他说，他的实验室成员已经开始在噬菌体中寻找其他细菌调节分子的受体ーー而且他们正在寻找这些受体。 新的治疗途径 这项研究的关键之处在于“病毒利用细胞信息来做决定,”埃里尔说，“如果它发生在细菌中，那么它几乎肯定发生在植物和动物中，因为如果这是一种有意义的进化策略，进化将发现并利用它。” 例如，为了优化其生存和复制策略，动物病毒可能想知道它所在的组织类型，或者宿主对其感染的免疫反应有多强烈。尽管想到病毒可能收集并利用所有信息使我们病情加重可能令人不安，但这些发现也为新的治疗方法开辟了道路。 埃里尔说: “如果你正在开发一种抗病毒药物，并且你知道病毒正在监听一个特定的信号，那么也许你可以欺骗病毒。”。然而，那还有几步之遥。埃里尔说，目前，“我们刚刚开始意识到病毒是多么活跃地监视着我们,它们是如何监视周围发生的事情并根据这些情况做出决定的。”。“这太迷人了。”
More information: 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 |
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