Bacteriofagen vallen bacteriecel aan
Vergeleken bij eukaryote cellen als de onze zijn bacteriecellen erg simpel, maar dat betekent niet dat die eencelligen geen slimme methoden hebben om, bijvoorbeeld, ‘bacterie-etende’ virussen (bacteriofagen) van het ‘lijf’ te houden. CRISPR/Cas9 is zo’n vorm van bacteriële afweer maar nu ontdekten onderzoekers rond Feng Zhang van het MIT ook bepaalde eiwitten, Av’s (voor antiviraal), die het die fagen erg lastig maken, waarbij die er niet mee zitten als die fagen via mutaties hun gastheren willen misleiden.
Sedert de ontdekking van het CRISPR-systeem bij bacteriën zijn onderzoekers nog driftiger gaan graven in de mechanismes die bacteriën gebruiken om zich tegen bedreigingen te weer te stellen, met die Av’s als jongste ontdekking (die schijnen lid te zijn van de familie van STAND-eiwitten).
De CRISPR-afweer is gericht op het herkennen van bepaalde DNA-sequenties die fagen gebruiken. Andere afweervormen reageren op stoffen die schadelijk zijn voor de bacteriën zoals beschadigd DNA of slecht functionerende celprocessen, maar die antivirale eiwitten doen niks van dit alles. Ze herkennen viruseiwitten die het gekaapte bacteriesysteem aanmaakt voor de vorming van nieuwe virusdeeltjes.
Zo’n aanpak om eiwitten een belangrijke functie in de afweer te geven lijkt link. Als zo’n bacteriofaag wat mutaties ondergaat zou dat eiwit wel eens probleem kunnen krijgen dat als bedreiging te herkennen. Bij hogere systemen zoals de eukaryote (cellen met kern) bij de gewervelde soorten past het afweersysteem zich voortdurend aan om ook die mutanten de baas te kunnen zijn. Zo flexibel is de afweer van bacteriën niet.
Geen probleem
De onderzoekers vonden dat die Av’s geen probleem hebben met kleine maar ook niet met grote mutaties. “We hebben 24 verschillende fagen getest van negen faagfamilies”, zegt medeonderzoeker Alex Gao van de Stanforduniversiteit. Daar reageerden die Av’s zonder veel problemen op.
De eiwitten waar de Av’s op reageerden in de verschillende virusfamilies waren totaal verschillend, maar ze deden wel dezelfde klus: het opwinden van het virus-DNA dat de bacteriecel aanmaakte en de ‘verpakking’ daarvan tot een nieuw virusdeeltje met eenzelfde functionele vorm als resultaat.
Die antivirale eiwitten zouden geactiveerd worden door de moleculaire overeenkomst, denken de onderzoekers. Gao: “Ze herkennen ruimtelijke vormen eerder dan de (aminozuur-; as) volgorde.” Die Av’s zouden als handschoenen om een hand passen. Die ruimtelijke herkenning zou volgens hem niet erg vaak voorkomen in de moleculaire biologie. De enige manier om die Av’s te ontlopen voor de fagen zou het aannemen van een andere vorm zijn, maar dat is niet zo maar gebeurd, stellen de onderzoekers.
Av’s kunnen niet alleen bacteriofagen ontdekken maar ook virussen die andere gastheren uitkiezen. Zo herkenden ze ook dierlijke herpesvirussen (inclusief herpesvirussen die het op de mens gemunt hebben). De herkenning was wel minder heftig dan bij bacteriofagen.
Als Av’s viruseiwitten detecteren dan kunnen ze op verschillende manieren te werk gaan, wat in enkele gevallen overigens wel het einde van de bacteriecel betekent. Dat lijkt een slechte oplossing, maar bacteriën leven meestal in kolonies en door zelfvernietiging beschermen ze de kolonie/hun buren.
Het lijkt er op dat de complexere celsystemen niet iets dergelijks hebben dat reageert op vormen. Wel tonen die Av’s sterke overeenkomsten met bepaalde afweermoleculen in eukaryote afweersystemen. Bacteriën hebben ons veel geleerd over DNA-reparatie, over celdeling en dus ook over afweer. Hoe dan ook, die simpele ‘beestjes’ blijven (ons) verbazen.
Bron: Quanta Magazine