ウイルスは環境を感知する能力を利用して、感染力を最大化します



Frontiers in Microbiology に掲載された UMBC 主導の新しい研究は、ウイルスが環境からの情報を使用して、いつ宿主の内部にとどまるか、いつ増殖して爆発し、宿主細胞を殺すかを「決定」することを示唆しています。 この研究は、抗ウイルス薬の開発に影響を与えます。

宿主によって生成された要素を含む、その環境を感知するウイルスの能力は、「ウイルスと宿主の相互作用にさらに複雑な層を加える」と、生物科学の教授であり、新しい論文の上級著者である Ivan Erill は述べています。 現在、ウイルスはその能力を悪用して利益を得ています。 しかし、将来的には「彼らに不利益を与えるために悪用される可能性がある」と彼は言います。

偶然ではない

新しい研究はバクテリオファージに焦点を当てた。細菌に感染するウイルスで、単に「ファージ」と呼ばれることが多い。 この研究のファージは、バクテリア細胞が線毛と鞭毛と呼ばれる特殊な付属物を持っている場合にのみ宿主に感染することができ、バクテリアの移動と交尾を助けます. 細菌は、これらの付属物をいつ生成するかを制御する CtrA と呼ばれるタンパク質を生成します。 新しい論文は、多くの付属肢依存性ファージが、結合部位と呼ばれる CtrA タンパク質が付着できる DNA のパターンを持っていることを示しています。 宿主が産生するタンパク質の結合部位を持つファージは珍しい、とエリルは言う。

さらに驚くべきことに、Erill とこの論文の最初の著者である Elia Mascolo は、博士号を取得しています。 Erill の研究室の学生は、詳細なゲノム分析を通じて、これらの結合部位が単一のファージ、または単一のファージ グループに固有のものではないことを発見しました。 多くの異なるタイプのファージが CtrA 結合部位を持っていましたが、それらはすべて宿主が感染するために線毛および/またはべん毛を持っている必要がありました。 偶然ではあり得ない、と彼らは判断した。

CtrA レベルを監視する機能は、「さまざまなバクテリアに感染するさまざまなファージによって、進化の過程で何度も発明されてきました」と Erill 氏は言います。 遠縁の種が同様の形質を示す場合、それは収斂進化と呼ばれ、その形質が確実に有用であることを示しています。

タイミングが全てだ

話のもう 1 つのしわ: 研究チームが CtrA 結合部位を特定説(推定)した最初のファージは、カウロバクテリアと呼ばれる細菌の特定説(推定)のグループに感染します。 カウロバクテリアは、2 つの形態で存在するため、特によく研究されているバクテリアのグループです。自由に泳ぎ回る「群れ」形態と、表面に付着する「有茎」形態です。 群れには線毛/鞭毛があり、茎にはありません。 これらのバクテリアでは、CtrA は細胞周期も調節し、細胞が同じ細胞型の 2 つに均等に分裂するか、非対称に分裂して 1 つのスウォーマー細胞と 1 つの茎細胞を生成するかを決定します。

ファージは群れ細胞にしか感染できないため、感染できる群れ細胞が多数ある場合にのみ、宿主から飛び出すことがファージの最大の関心事です。 一般に、カウロバクテリアは栄養の乏しい環境に生息し、非常に広範囲に分布しています。 「しかし、彼らが微小生息地の良好なポケットを見つけると、それらは有茎細胞になり、増殖します」と Erill は言い、最終的に大量の群れ細胞を生成します。

そのため、「ファージは、細胞のライフ サイクル中に上下する CtrA レベルを監視して、スウォーマー セルがストーク セルになり、スウォーマーの工場になる時期を把握していると仮定しています」と Erill 氏は言います。その時点で、彼らはセルを破裂させます。なぜなら、近くに感染するスウォーマーがたくさんいるからです。」

リスニングイン

残念ながら、この仮説を証明する方法は労働集約的で非常に難しいため、この最新の論文には含まれていませんが、Erill と同僚は将来その問題に取り組むことを望んでいます. しかし、研究チームは、宿主に感染するために線毛/鞭毛を必要とする非常に多くの異なるファージ上の CtrA 結合部位の増殖について、他にもっともらしい説明を見つけていません。 さらに興味深いのは、ウイルスが他の生物、さらには人間に感染することへの影響です。

「ファージについて私たちが知っていること、ファージが開発した進化戦略のすべては、植物や動物に感染するウイルスに変換されることが示されています」と彼は言います. 「それはほぼ当然のことです。したがって、ファージが宿主に耳を傾けている場合、人間に影響を与えるウイルスも同じことをしているに違いありません。」

興味深い方法で環境を監視しているファージの例は他にもいくつか文書化されていますが、非常に多くの細菌宿主に対して同じ戦略を採用しているこれほど多くの異なるファージを含むものはありません。

この新しい研究は、「ファージが細胞内で何が起こっているか、この場合は細胞発生に関して耳を傾けているという最初の広範なデモンストレーションです」とエリルは言います. しかし、さらに多くの例が進行中であると彼は予測しています。 すでに、彼の研究室のメンバーは、ファージ内の他の細菌調節分子の受容体を探し始めていると彼は言います-そして彼らはそれらを見つけています.

新しい治療手段

この研究から得られる重要なポイントは、「ウイルスは決定を下すために細胞情報を使用している」ということです」とエリル氏は言います。進化はそれを発見し、それを利用します。」

たとえば、生存と複製のための戦略を最適化するために、動物ウイルスは、それがどのような組織に存在するか、または感染に対する宿主の免疫応答がどれほど堅牢であるかを知りたい場合があります。 ウイルスが収集し、私たちを病気にするために使用する可能性のあるすべての情報について考えるのは不安かもしれませんが、これらの発見は新しい治療法への道も開きます.

「抗ウイルス薬を開発していて、ウイルスが特定説(推定)の信号を聞いていることがわかっている場合は、ウイルスをだますことができるかもしれません」とエリルは言います. ただし、それは数歩先です。 今のところ、「ウイルスがいかに積極的に私たちを監視しているか、つまりウイルスが周囲で何が起こっているかを監視し、それに基づいて決定を下していることに気づき始めたところです」と Erill 氏は言います。 「それは魅力的です。」

ソース:

メリーランド大学ボルチモア郡

ジャーナルの参照:

10.3389/fmicb.2022.918015



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