ویروس‌ها چه اثری بر ترکیب باکتری‌های روده دارند؟

به گزارش مجله خبری نگار/سیناپرس، پژوهشی جدید نشان می‌دهد ویروس‌ها ممکن است نقشی مهم‌تر از نابودی باکتری‌ها در اکوسیستم‌های میکروبی داشته باشند. دانشمندان دانشگاه ویرجینیا تک کشف کرده‌اند که باکتریوفاژها، یعنی ویروس‌های آلوده‌کننده باکتری‌ها، هنگام نابودی سلول‌های باکتریایی می‌توانند ویتامین B۱۲ محبوس درون آنها را آزاد کنند.

این ویتامین آزادشده سپس در اختیار میکروب‌هایی قرار می‌گیرد که خود قادر به تولید B۱۲ نیستند و به این ترتیب، یک ویروس با نابودی یک باکتری می‌تواند به‌طور غیرمستقیم به رشد باکتری‌های دیگر کمک کند.

معمایی درباره منشأ ویتامین B۱۲

ویتامین B۱۲ یا کوبالامین برای فرایند‌های حیاتی مختلفی از جمله سنتز DNA، تشکیل گلبول‌های قرمز و عملکرد طبیعی دستگاه عصبی ضروری است. با این حال، انسان‌ها، حیوانات و گیاهان قادر به تولید این ویتامین نیستند و تنها برخی باکتری‌ها و آرکی‌ها توانایی ساخت آن را دارند. تولید B۱۲ نیز فرایندی پیچیده و پرهزینه از نظر انرژی است و به همین دلیل، بسیاری از میکروارگانیسم‌ها برای تأمین این ماده به محیط اطراف خود وابسته‌اند.

این موضوع برای دانشمندان یک پرسش مهم ایجاد کرده بود: اگر تولیدکنندگان ویتامین B۱۲ این ماده ارزشمند را درون سلول خود نگه می‌دارند، چگونه مقدار کافی از آن به محیط می‌رسد تا سایر میکروب‌ها بتوانند از آن استفاده کنند؟

پژوهش جدید پاسخی غیرمنتظره برای این پرسش ارائه می‌دهد: ویروس‌ها با شکستن سلول‌های باکتریایی، B۱۲ را آزاد می‌کنند.

وقتی ویروس باکتری را منفجر می‌کند

باکتریوفاژ‌ها یا فاژ‌ها ویروس‌هایی هستند که باکتری‌ها را آلوده می‌کنند. در جریان نوعی عفونت موسوم به «عفونت لیتیک»، ویروس وارد سلول باکتری شده و از سازوکار مولکولی آن برای تکثیر خود استفاده می‌کند. پس از تکثیر ویروس‌ها، سلول باکتریایی دچار پارگی می‌شود و محتویات آن به محیط اطراف نشت می‌کند. علاوه بر ویروس‌های تازه تولیدشده، مولکول‌هایی مانند DNA، پروتئین‌ها، قند‌ها و سایر ترکیبات موجود در سلول نیز آزاد می‌شوند.

اکنون پژوهشگران نشان داده‌اند که ویتامین B۱۲ نیز می‌تواند بخشی از این محموله ارزشمند باشد.

بدون مرگ باکتری، ویتامین آزاد نمی‌شود

پژوهشگران برای بررسی این موضوع، آزمایشی کنترل‌شده انجام دادند که در آن یک باکتری قادر به تولید B۱۲ و باکتری دیگری که به این ویتامین وابسته بود، در کنار یکدیگر قرار گرفتند.

نتایج نشان داد: تا زمانی که باکتری تولیدکننده B۱۲ سالم باقی می‌ماند، باکتری وابسته نمی‌توانست رشد کند؛ زیرا ویتامین درون سلول محبوس بود.

اما زمانی که پژوهشگران فاژی را وارد محیط کردند که باکتری تولیدکننده را نابود می‌کرد، شرایط تغییر کرد. با پاره شدن سلول‌ها، B۱۲ به محیط آزاد شد و مقدار آن برای حمایت از رشد باکتری‌های دیگر کافی بود. برای اطمینان از اینکه عامل اصلی رشد باکتری‌ها واقعاً B۱۲ است، دانشمندان آزمایش را با گونه‌ای تغییر یافته از باکتری انجام دادند که توانایی تولید این ویتامین را نداشت. فاژ‌ها همچنان سلول‌ها را نابود کردند و محتویات آنها آزاد شد، اما باکتری‌های وابسته به B۱۲ در این شرایط رشد نکردند.

این نتیجه نشان داد صرفاً شکستن سلول باکتریایی کافی نیست و وجود ویتامین B۱۲ نقش کلیدی در حمایت از رشد میکروب‌های دیگر دارد.

تأثیر ویروس‌ها بر ترکیب باکتری‌های روده

در مرحله بعد، پژوهشگران این پدیده را در گروه‌های مهمی از باکتری‌های مرتبط با دستگاه گوارش انسان بررسی کردند. نتایج نشان داد باکتری‌های روده‌ای وابسته به B۱۲، زمانی که فاژ‌ها سلول‌های تولیدکننده این ویتامین را نابود می‌کنند، از ویتامین آزادشده بهره می‌برند.

این تأثیر تنها به رشد یک گونه محدود نمی‌شد. آزاد شدن B۱۲ در نتیجه فعالیت فاژ‌ها باعث تغییرات قابل توجهی در ترکیب جوامع باکتریایی و افزایش تنوع آنها شد.

نکته قابل توجه این بود که افزودن مستقیم B۱۲ به محیط کشت، تأثیری مشابه بر تنوع باکتری‌ها نداشت. این موضوع نشان می‌دهد زمان و محل آزاد شدن این ماده مغذی نیز می‌تواند در تغییر ساختار جوامع میکروبی نقش داشته باشد.

ویروس‌ها؛ بازیگران پنهان اکوسیستم‌های میکروبی

فاژ‌ها معمولاً به‌عنوان ویروس‌هایی شناخته می‌شوند که باکتری‌ها را نابود می‌کنند، اما یافته‌های جدید تصویر پیچیده‌تری از نقش آنها ارائه می‌دهد. وقتی یک ویروس سلول باکتریایی را از بین می‌برد، محتویات آن سلول ناپدید نمی‌شود، بلکه می‌تواند به منبعی برای تغذیه سایر موجودات تبدیل شود. از این منظر، فاژ‌ها می‌توانند به‌عنوان بازیافت‌کنندگان میکروسکوپی مواد مغذی عمل کنند.

این پدیده احتمالاً تنها به میکروبیوم روده محدود نیست و می‌تواند در اکوسیستم‌هایی مانند خاک و اقیانوس نیز رخ دهد؛ جایی که ترکیبات مرتبط با ویتامین B۱۲ میان موجودات مختلف مبادله می‌شوند.

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد ویروس‌ها در اکوسیستم‌های میکروبی تنها تعیین نمی‌کنند کدام باکتری‌ها زنده بمانند، بلکه می‌توانند با تغییر دسترسی میکروب‌ها به مواد مغذی کمیاب، ترکیب و تنوع این جوامع را نیز دگرگون کنند.