Meest recent

    Spreekt u virus? Bacteriofagen sturen elkaar chemische boodschappen

    Onderzoekers hebben ontdekt dat virussen chemische signalen die hun voorgangers hebben achtergelaten, kunnen waarnemen, en op basis daarvan "beslissen" om hun gastheren te doden of ze enkel te infecteren. De ontdekking bij bacteriofagen, virussen die bacteriën aanvallen, is de eerste keer dat er een vorm van communicatie bij virussen wordt gevonden. Mogelijk gebruiken ook virussen die ziektes bij mensen veroorzaken een dergelijk systeem, en als dat zo is, kan dat leiden tot nieuwe behandelingen voor virusinfecties.

    Een bacteriofaag virus op een bacterie.

    De geheime virus-code werd in feite per ongeluk ontdekt door een team Israëlische wetenschappers van verschillende instituten, onder leiding van geneticus Rotem Sorek.

    Het team van Sorek zocht naar aanwijzingen dat de bacterie Bacillus subtilis haar soortgenoten mogellijk zou kunnen verwittigen voor de aanwezigheid van bacteriofagen. Het is al langer bekend dat bacteriën communiceren met elkaar door het uitscheiden en waarnemen van een hele reeks verschillende chemische stoffen.

    Dit fenomeen, dat "quorum sensing" (het aanvoelen van een bepaald aantal) genoemd wordt, laat de bacteriën toe hun gedrag aan te passen naargelang van het aantal bacteriën in hun buurt. Zo gebruiken bacteriën quorum sensing bijvoorbeeld om te beslissen of ze zich zullen delen, of om te weten wanneer ze een infectie zullen inzetten.

    Een elektronen-micrografie van bacteriofagen op de celwand van een bacterie (foto: dr. Graham Beards via Wikilmedia).

    Lysogene fage

    In de plaats van een communicatiesysteem tussen de Bacilllus-bacteriën te vinden, vond het team tot zijn verrassing dat het de virussen waren die communiceerden. Een bacteriofaag virus dat phi3T genoemd wordt, bleek een chemische stof aan te maken die het gedrag van andere phi3T-virussen beïnvloedt.

    Bacteriofagen worden onderverdeeld in twee soorten: lytische (of virulente) die altijd de bacterie die ze infecteren, "overnemen" en de celonderdelen van de bacterie nieuwe kopieën van zichzelf laten maken. Als er voldoende kopieën gemaakt zijn, lyseert de bacterie, dat wil zeggen, ze barst open en de nieuwe virussen komen naar buiten, waar ze op zoek kunnen naar een nieuw slachtoffer.

    Een tweede soort zijn de lysogene (of gematigde) fagen, die de keuze hebben uit twee verschillende strategieën. Ze kunnen, en meestal doen ze dat ook, net als de lytische fagen, de geïnfecteerde bacterie doden, maar ze kunnen ook enkel hun genetisch materiaal inbrengen in de bacterie, waar het opgenomen wordt in het genoom van de gastheer, en verder niets doen maar overgaan in een "slapende" fase. Als de bacterie zich vermenigvuldigt, wordt het genetisch materiaal van het virus mee gedeeld, en op een later tijdstip kan het virus nog altijd in de dodelijke fase overgaan en zijn gastheercel gebruiken om zich te laten vermenigvuldigen en haar daarna te doden.

    phi3T is zo'n lysogene fage, en het nieuw ontdekte communicatiesysteem beïnvloedt de manier waarop hij de bacteriën infecteert.

    Een bacteriofaag injecteert zijn genetisch materiaal in een bacterie (bovenaan), en dat vorm een cirkel (tweede afbeelding). Vervolgens zijn er twee mogelijkheden: aan de rechterkant wordt het genetisch materiaal door recombinatie opgenomen in het genetisch materiaal van de bacterie, en verder gebeurt er niets. Wanneer de bacterie zich vermenigvuldigt door zich te delen, wordt ook het genetische materiaal van het virus verspreid over de twee dochtercellen, en dat is ook bij alle volgende delingen het geval.

    Aan de linkerkant, de lytische cyclus, wordt het genetisch materiaal van het virus gerepliceerd - vermenigvuldigd -, gelezen en vertaald, en worden de celonderdelen van de bacterie gebruikt om de bouwstenen van het virus te maken. Die voegen zich spontaan aan elkaar - zelf-assemblage - tot nieuwe bacteriofagen, en als er een bepaald aantal van zijn, barst de bacteriecel open en komen de nieuwe bacteriofagen naar buiten. (illustratie: Fontys Hogescholen)

    Mysterieuze molecule

    Het team injecteerde eerst phi3T-virussen in een fles met Bacillus subtilis bacteriën, en stelde vast dat de virussen over het algemeen hun gastheren doodden.

    Vervolgens filterden ze de inhoud van de kolf om de virussen en de bacteriën er uit te halen - waarbij ze er op letten dat kleine proteïnen en deeltjes van proteïnen in de vloeistof bleven, en ze voegden dat "geconditioneerd medium" toe aan een nieuwe cultuur van bacteriën en bacteriofagen. Dat veranderde wat de bacteriofagen deden: ze hadden nu meer de neiging om hun genoom in de bacteriën te injecteren en verder niets te doen, in plaats van hun gastheren te doden.

    Het team noemde de mysterieuze molecule waarvan het vermoedde dat ze betrokken was bij het fenomeen "arbitrium", naar het Latijnse woord voor beslissing, en ging vervolgens aan de slag om de molecule te identificeren.

    Een veel voorkomende vorm van een bacteriofaag virus.

    Proteïnedeeltje

    Makkelijk bleek het niet om de molecule in kwestie te vinden, want het duurde tweeënhalf jaar voor projectleider Sorek en een afgestudeerde student, Zohar Erez, ontdekten dat arbitrium een peptide van het virus was dat uit geïnfecteerde bacteriën lekt na hun dood. Het peptide, een kort stukje proteïne, bestaat uit zes aminozuren, zo bleek.

    Als het gehalte aan arbitrium in de omgeving hoog wordt - nadat er een groot aantal bacteriën gedood zijn -, stoppen de bacteriofagen met het doden van de overblijvende bacteriën en kiezen ze de tweede strategie, waarbij ze in een slapende fase in het genoom van de bacterie zitten.

    De onderzoekers ontdekten ook dat er drie genen van de virussen betrokken zijn bij het arbitrium-communicatiesysteem: een gen dat ze aimP noemen, dat het peptide produceert, een gen aimR, dat instaat voor het ontvangen van het peptide, en een gen aimX, dat regelt welke manier van infecteren het virus kiest.

    Voorts vond het team van Sorek nog meer dan honderd op arbitrium lijkende systemen, de meeste ervan in de genomen van andere Bacillus-bacteriofagen. "Fagen zenden uit in verschillende frequenties", zei Sorek in Scientific American. "Ze spreken verschillende talen, en ze kunnen enkel de taal verstaan die ze zelf spreken."

    Virussen bij mensen

    Het onderzoek van het Israëlische team is gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift "Nature" en het wordt blijkbaar als erg belangrijk beschouwd. Nature publiceert in dezelfde editie ook een analyse van de studie, waarin viroloog Alan Davidson van de University of Toronto onder meer uitlegt waarom de ontdekking tot opwinding leidt in het vakgebied van de microbiologie.

    Ook microbioloog Marcie Clokie van de University of Leicester is onder de indruk van de studie. "Dit wordt een van die publicaties die het vakgebied transformeren", zei ze in Scientific American.

    Ze noemt de studie "ergerlijk goed" en zegt dat ze er zelf ook al aan gedacht had om dergelijke experimenten uit te voeren om te kijken of er iets in het medium - de vloeistof waarin de bacteriën en de virussen zitten - zit. Clokie verwacht dat andere specialisten nog andere communicatiesystemen bij virussen zullen ontdekken.

    Ook teamleider Sorek stelt zich de vraag of virussen die complexere organismen, zoals mensen, infecteren, met elkaar kunnen communiceren. Hij merkt daarbij op dat hiv- en herpesvirussen ook zowel virulente als gematigde, latente infecties kunnen veroorzaken. "Als je een molecule zou hebben die de virussen in een volledig latente staat zou brengen, zou dat een goed geneesmiddel zijn", zo zei hij.