Een bacteriofaag oftewel bacterie-eter

Grofweg is de wereld van levende organisme in tweeën te delen de eukaryoten en de prokaryoten. Eukaryoten zijn organismen met cellen die een celkern hebben, bij prokaryoten dobbert het DNA onbeschermd in de cel rond. Virussen worden door sommige wetenschappers niet tot de levende wereld gerekend. Nu blijken er bacteriofagen te zijn, virussen die het gemunt hebben op bacteriën, die een soort beschermingsschil rond hun DNA hebben die dat erfgoed moet beschermen tegen destructieve CRISPR-enzymen van bacteriën. Je zou dat kunnen  zien als een tussenvorm (of overgangsfase) van prokaryoten en eukaryoten. Zijn virussen dan toch ‘levendiger’ dan sommige wetenschappers denken? Overigens lijkt het er sterk op dat de verklaring van de onderzoekers, op zijn zachtst gezegd, hiaten vertoont.
Bacteriën en bacteriofagen zijn verwikkeld in een heftige wapenwedlooop die zo oud is als het leven zelf. Bacteriën beschikken over een heel arsenaal aan afweerenzymen, met inbegrip van het inmiddels welbekende CRISPR/Cas-systeem, die het gemunt hebben op het virale DNA. Maar de fagen laten zich in die strijd niet onbetuigd. Die ontwikkelden hun eigen afweer.
Nu zouden onderzoekers van de universiteit van Californië in San Francisco en San Diego een nieuwe strategie van sommige fagen hebben ontdekt. Om te voorkomen dat zijnhaar DNA aan stukken wordt gescheurd door de verwoestende enzymen van de bacterie vormen deze fagen nadat ze de bacterie hebben besmet een ondoordringbare omhulling om hun erfgoed. Die omhulling heeft, zoals gezegd, wel iets weg van een celkern. Het schijnt de effectiefste bescherming tegen CRISPR=aanvallen te zijn die er bij virussen is aangetroffen.
“In onze proeven hadden deze fagen geen last van de CRISPR-enzymen die we op ze los lieten”, zegt Joseph Bondy-Denomy. “Dit is de eerste keer dat iemand fagen heeft gevonden die zo’n bescherming tegen CRISPR hebben.

Jumbofagen

Om die bijzondere fagen op het spoor te komen kozen de onderzoekers virussen uit vijf verschillende faagfamilies en lieten die gewone bacteriën besmetten, die genetisch zo veranderd waren (dus niet zo gewoon) dat ze beschikten over vier Cas-enzymen. Die bacteriën hadden geen problemen met de meeste fagen, maar twee jumbo-virussen, zo genoemd vanwege hun voor virussen grote genoom, waren bestand tegen alle vier de CRISPR-systemen.

Vervolgens keken de onderzoekers hoe degelijk die verdediging van de jumbofagen was en stelden ze bloot aan een totaal ander type CRISPR. terwijl de bacterie werd uitgerust met een zogeheten restrictiemodificatiesysteem. Dat is een bij bacteriën gewonere manier het DNA van de aanvallende faag te verscheuren. Dat komt voor in 90% van alle bacteriën terwijl maar 40% van de bacteriën is toegerust met een CRISPR-systeem. Dat systeem kan echter maar een beperkt aantal DNA-sequenties bewerken (mishandelen). Ook daar hadden de jumbofagen echter geen probleem mee. Het was moord en doodslag onder de bacteriën in de petrischaaltjes.
Bondy-Demony: “Dat was echt opmerkelijk aangezien de aangepaste bacteriën die componenten van hun afweersysteem in grote hoeveelheden aanmaakten. Geen daarvan slaagde er in het faag-DNA te verknippen. De fagen waren bestand tegen zes bacteriële afweersystemen. Geen enkele andere faag komt in de buurt.”
Onverwoestbaar dus? Helemaal niet, toonden reageerbuisproeven aan. Die jumbofagen waren net zo kwetsbaar voor de CRISPR-afweer en restrictie-enzymen als ander DNA. Hoe was dat mogelijk?

Anti-CRISPR-enzymen dan? De onderzoekers hadden eerder ontdekt dat sommige fagen die produceerden, maar de codes daarvoor waren niet terug te vinden in het erfgoed van de jumbofagen. Dan zou die reageerbuisproef trouwens ook niet geslaagd zijn. Die anti-CRISPR-enzymen zijn trouwens ook nog specifiek gericht op een bepaald CRISPR-systeem. Fagen hebben het meestal gemunt op een bepaalde bacteriesoort met maar een afweersysteem. Eigenlijk dus een domme gedachte van de onderzoekers, die anti-CRISPR-enzymen.

Microscoop

De onderzoekers gingen er eens met de microscoop naar kijken en zagen toen dat de fagen een ‘schil’ om hun DNA aanlegden nadat ze de bacterie hadden besmet. Die omhulling was identiek aan die welke al eerder was waargenomen, maar niemand had bedacht dat die bedoeld was om de bacteriofaag te beschermen tegen CRISPR- of andere aanvallen op haarzijn genoom. Waar die omhulling precies uit bestaat is niet bekend en ook op allerlei andere vragen daarover is nog geen antwoord. Had dat eerst uitgezocht, zou ik zeggen, maar er moet natuurlijk gepubliceerd worden.
De onderzoekers zagen nog iets anders onder de microscoop. Terwijl die omhulling wordt gevormd, dat duurt ongeveer een half uur, blijft het faaggenoom op de plek waar het werd geïnjecteerd in de bacterie. Dat zou het faag-DNA kwetsbaar maken voor CRISPR-aanvallen, maar op de een of andere manier blijft het faag-genoom intact, terwijl de omhulling wordt opgebouwd.

Dat klinkt niet als een ondoordringbare beschermlaag. Ik heb het idee dat de onderzoekers er in hu opwinding een potje van gemaakt hebben. Bondy-Denomy speculeert over een soort ‘voorschil’ die het faag-DNA zou beschermen, maar heeft ie die ook gezien en wat zit er dan in die omhulling in opbouw? Ook blijkt die omhulling niet zo ondoordringbaar te zijn als gedacht. Met een list (een restrictie-enzym gekoppeld aan virusschileiwitten) bleek die te passeren.
De onderzoekers denken dat dat dan ook de volgende stap is in de wapenwedloop tussen bacteriofagen en bacteriën en wellicht dat zulke bacteriën al bestaan. “We kijken naar manieren waarop de bacterie die omhulling (schil) doorbreekt”, zegt Bondy-Denomy. Ik denk dat we bacteriën zullen vinden die vele manieren om deze fagen aan te pakken en waarschijnlijk zullen we ons verbazen over de manier waarop.” Sorry hoor, maar ik hoop dat de onderzoekers in het vervolg wat minder te keer gaan….

Bron: EurekAlert