حملات متعدد ویروس‌ها به یک سلول از عفونت جلوگیری می‌کند

به گزارش مجله خبری نگار، فرآیندی که طی آن فاژ‌ها - ویروس‌هایی که باکتری‌ها را آلوده کرده و درون آنها تکثیر می‌شوند - وارد سلول‌ها می‌شوند، بیش از ۵۰ سال است که مورد مطالعه قرار گرفته است. در مطالعه خود، دانشمندان دانشگاه ایلینوی در اوربانا-شمپین و دانشگاه تگزاس A&M از تکنیک‌های پیشرفته برای بررسی این فرآیند در سطح یک سلول واحد استفاده کردند.

ایدو گلدینگ، استاد فیزیک (CAIM/IGOH)، گفت: «حوزه زیست‌شناسی فاژ در دهه گذشته به طور چشمگیری گسترش یافته است، زیرا محققان بیشتری به اهمیت فاژ‌ها در بوم‌شناسی، تکامل و بیوتکنولوژی پی برده‌اند.» «این کار منحصر‌به‌فرد است، زیرا ما به عفونت فاژ در سطح سلول‌های باکتریایی منفرد پرداخته‌ایم.»

فرآیند عفونت فاژ شامل اتصال ویروس به سطح باکتری است. سپس ویروس ماده ژنتیکی خود را به داخل سلول تزریق می‌کند. پس از نفوذ، فاژ می‌تواند یا باعث تولید فاژ‌های بیشتر توسط سلول و در نهایت انفجار آن شود، فرآیندی که لیز سلولی نامیده می‌شود، یا می‌تواند ژنوم خود را در ژنوم باکتری ادغام کند و به صورت خفته باقی بماند، فرآیندی که لیزوژنی نامیده می‌شود. نتیجه به تعداد فاژ‌هایی که همزمان سلول را آلوده می‌کنند بستگی دارد. یک فاژ باعث لیز می‌شود، در حالی که آلودگی توسط چندین فاژ منجر به لیزوژنی می‌شود.

در مطالعه‌ی حاضر، محققان می‌خواستند دریابند که آیا تعداد فاژ‌های عفونی که به سطح باکتری متصل می‌شوند، با مقدار ماده‌ی ژنتیکی ویروسی که به سلول تزریق می‌شود، مطابقت دارد یا خیر. برای انجام این کار، آنها هم پوشش پروتئینی فاژ‌ها و هم ماده‌ی ژنتیکی داخل آنها را با فلورسنت برچسب‌گذاری کردند. سپس آنها اشریشیا کلی را رشد دادند، از غلظت‌های مختلف فاژ‌های عفونی استفاده کردند و پیگیری کردند که چه تعداد از آنها توانستند ماده‌ی ژنتیکی خود را به E. coli تزریق کنند.

گلدینگ گفت: «ما از دهه ۱۹۷۰ می‌دانستیم که وقتی چندین فاژ یک سلول را آلوده می‌کنند، بر نتیجه عفونت تأثیر می‌گذارد. در این مقاله، ما توانستیم اندازه‌گیری‌های دقیقی انجام دهیم که تاکنون نظیر آن در هیچ مطالعه‌ای انجام نشده است.»

محققان با کمال تعجب دریافتند که ورود ماده ژنتیکی فاژ می‌تواند توسط سایر فاژ‌های آلوده‌کننده همزمان مختل شود. آنها دریافتند که وقتی فاژ‌های بیشتری روی سطح سلول وجود داشته باشد، تعداد نسبتاً کمتری قادر به ورود به داخل هستند.

گلدینگ گفت: «داده‌های ما نشان می‌دهد که مرحله اول عفونت، یعنی ورود فاژ، گام مهمی است که قبلاً دست‌کم گرفته می‌شد. ما دریافتیم که فاژ‌های آلوده‌کننده همزمان با ایجاد اختلال در الکتروفیزیولوژی سلول، در ورود یکدیگر اختلال ایجاد می‌کنند.»

بیرونی‌ترین لایه باکتری‌ها دائماً با حرکت الکترون‌ها و یون‌ها سروکار دارد که برای تولید انرژی و انتقال سیگنال‌ها به داخل و خارج سلول حیاتی هستند. در طول دهه گذشته، محققان شروع به تشخیص اهمیت این الکتروفیزیولوژی در سایر پدیده‌های باکتریایی، از جمله مقاومت آنتی‌بیوتیکی، کرده‌اند. این مقاله، مسیر جدیدی را برای تحقیق در مورد الکتروفیزیولوژی باکتریایی - نقش آن در زیست‌شناسی فاژ - باز می‌کند.

گلدینگ گفت: «این اختلالات با تأثیرگذاری بر تعداد فاژ‌هایی که واقعاً نفوذ می‌کنند، بر انتخاب بین لیز و لیزوژنی تأثیر می‌گذارند. مطالعه ما همچنین نشان می‌دهد که نفوذ می‌تواند تحت تأثیر شرایط محیطی، مانند غلظت یون‌های مختلف، قرار گیرد.»

این تیم علاقه‌مند است روش‌های خود را اصلاح کند تا اساس مولکولی ورود فاژ را بهتر درک کند.

گلدینگ گفت: «اگرچه وضوح روش‌های ما خوب بود، اما آنچه در سطح مولکولی اتفاق می‌افتاد هنوز تا حد زیادی برای ما نامرئی بود.» «ما در حال بررسی استفاده از سیستم Minflux در موسسه زیست‌شناسی ژنومی کارل آر. ووز هستیم. برنامه این است که همین فرآیند را مطالعه کنیم، اما از یک روش تجربی بهتر استفاده کنیم. امیدواریم این به ما در یافتن زیست‌شناسی جدید کمک کند.»