了解病毒的战争

病毒,就像电影反派角色,操作两种方式中的一种:寒冷或杀死

他们可以平躺,悄悄地渗透身体的防御,或继续攻击,使许多份自己隐藏和火爆炸的四面八方。病毒攻击几乎总是自杀任务,分裂细胞,病毒已经根据。攻击只能成功,如果足够多的其他健康细胞的新出现的病毒感染。如果病毒颗粒的接二连三支安打,病毒不能维持自己。它没有死,因为病毒不是技术上活着,但它停止功能。

所以对于一个病毒,关键的挑战是决定何时从冷却模式翻转进入杀模式。

四年前,普林斯顿大学生物学家邦妮Bassler和她然后学生贾斯汀Silpe发现一种病毒有一个关键优势:窃听细菌之间的通信。具体地说,它监听“我们有法定人数!“化学细菌细胞释放达到临界值时为他们自己的目的。(原发现这种细菌的传播过程,称为群体感应,导致串奖项Bassler和她的同事)。

现在Bassler Silpe及其同事们的研究发现,许多病毒反应从细菌群体感应或其他化学信号。他们的工作发表在最新一期的自然。

“世界是含有病毒,可以监视适当的主机信息,“Bassler说,普林斯顿的教授施贵宝公司分子生物学和分子生物学部门的主席。“我们不知道所有的刺激,但我们在本文中显示,这是一种常见的机制。”

他们不仅展示策略的丰富,但他们也发现工具,控制它和发送信号告诉病毒从冷到杀模式翻转。

这种病毒攻击细菌细胞,称为噬菌体-简称噬菌体土地表面上的细菌细胞并交付他们的基因进入细胞。超过一种噬菌体感染细菌可以在同一时间,只要他们都在冷却模式下,生物学家称之为溶原性。当它涉及到多个噬菌体的在一个细菌,它叫做polylysogeny。

polylysogeny,噬菌体可以共存,让细胞复制一遍又一遍地本身健康细胞,细菌内的病毒基因组塞的,随着细胞复制权利。

但浸润噬菌体不完全和平的;它更像是相互保证毁灭。和脆弱的缓和只持续直到触发一个或多个噬菌体杀死模式切换。

科学家在研究噬菌体战争早就知道这样重大中断系统,高剂量紫外线辐射,致癌的化学物质,甚至一些化疗药物——可以踢所有的居民噬菌体杀死模式。

在这一点上,科学家们认为,噬菌体开始冲刺,赛车彼此收集细菌的资源,和哪个噬菌体是最快的将赢得伸出自己的病毒颗粒。

但这不是Bassler团队发现什么。

恩约翰逊,博士后研究助理Bassler的研究小组,利用高分辨率成像观察单个细菌细胞,感染了两个噬菌体作为她淹没了他们其中的一个普遍杀死信号。

两个噬菌体跃入行动,粉碎宿主细胞。看到结果,约翰逊“画”每个噬菌体的基因具有特殊的荧光标记,光在不同的颜色取决于噬菌体被复制。

点燃时,她惊讶地看到,没有一个明确的赢家。它甚至不是一个两者之间的联系。相反,她看到一些细菌发光颜色,其他有第二个颜色,还有一些人则混合,同时生产噬菌体。

“从来没有人想到会有三个亚种群,“Bassler说。

“这是一个非常激动人心的一天,”约翰逊说。“我可以看到不同的细胞进行所有可能的噬菌体生产组合诱导的噬菌体,诱导,诱导。和一些细胞不是诱导的噬菌体。”

另一个挑战是要找到一种方法来触发一次只有一个两个噬菌体。

Silpe,回到Bassler实验室的博士后研究助理在哈佛大学进行博士后研究后,领导发现了触发器。当团队仍然不知道这些噬菌体响应信号的性质,Silpe设计了特定的人造化学触发每个噬菌体。恩贝格斯说,另一个博士后Bassler集团在人工系统的分子分析。

当Silpe polylysogenic细胞暴露他的线索,只有回应他人工触发复制的噬菌体,并在所有的细胞。另一种噬菌体仍完全冷却模式。

“我不认为这是可行的,”他说。“我希望,因为我的策略不模仿真实的过程在自然界发现的,这两个噬菌体将复制。这是一个意外,我们看到只有一个噬菌体。以前没有人这样做过,我知道的。”

“我不认为任何人甚至会想要问一个问题如何phage-phage战争戏剧在一个细胞,因为他们不认为他们可以直到恩典j .和贾斯汀做他们的实验中,“Bassler说。“细菌是真的很小。很难形象甚至个别细菌,这是真的,真的很难形象噬菌体基因在个体细菌。我们说小于小。”

约翰逊已经适应成像平台——荧光原位杂交,通常被称为鱼——另一个群体感应项目涉及生物膜,但当她听到Silpe分享他的研究小组会议,她意识到,鱼可以揭示之前是什么棘手的秘密窃听噬菌体。

世界上绝大多数的细菌有多个噬菌体的内部,“但没人能够操纵和图像这两个博士后了,“Bassler说。“狡猾的策略,他们可以产生一个噬菌体,噬菌体,或两个噬菌体对需求——这是贾斯汀的政变,然后能够真正看到它发生在一个细胞?这也是从未完成。恩典j .我们可以看到噬菌体在单细胞水平的战争。”

几乎所有基因在病毒基因组保持神秘,Bassler补充道。我们根本不知道大多数病毒基因。

“是的,在这里,我们发现一些噬菌体基因的功能,我们表明,他们的工作是使这完全出乎意料chill-kill开关,开关指示在phage-phage噬菌体赢得战争。发现表明,仍有可能会更令人兴奋的过程,”她说。“噬菌体开始分子生物学时代70年前,他们回到时尚既是治疗和分子技巧也是这个难以置信的存储库,通过进化时间部署。这是一个宝库,它几乎是完全没有被探索过的。”

参考:约翰逊Silpe我破烂的OP,通用电气,等。小蛋白质在polylysogeny模块决定前噬菌体的命运。自然。2023年。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06376 - y

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