Shumë kohë përpara se njerëzit të interesoheshin për të vrarë bakteret, viruset ishin në punë. Viruset që sulmojnë bakteret, të quajtur “fagë” (shkurt për bakterofag), u identifikuan fillimisht nga aftësia e tyre për të krijuar arna të zhveshura në sipërfaqen e pllakave të kulturës që përndryshe ishin të mbuluara nga një lëndinë bakteresh. Pasi luajtën role kritike në zhvillimin e hershëm të biologjisë molekulare, një numër fagësh janë zhvilluar si terapi të mundshme për t’u përdorur kur rezistenca ndaj antibiotikëve kufizon efektivitetin e ilaçeve tradicionale.
Por ne jemi relativisht vonë përsa i përket shndërrimit të fagëve në vegla. Studiuesit kanë përshkruar një numër rastesh kur bakteret kanë mbajtur pjesë të viruseve me aftësi të kufizuara në gjenomin e tyre dhe i kanë kthyer ato në armë që mund të përdoren për të vrarë baktere të tjera që përndryshe mund të konkurrojnë për burime. Unë sapo u bëra i vetëdijshëm për atë armatim, falë një studimi të ri që tregon se ky proces ka ndihmuar në ruajtjen e popullatave të ndryshme bakteriale për shekuj.
Zhvillimi i një vrasësi
Puna e re filloi kur studiuesit po studionin popullatën e baktereve të lidhura me një bimë që rritej egër në Gjermani. Popullsia përfshinte anëtarë të ndryshëm të gjinisë Pseudomonas, të cilat mund të përfshijnë patogjenë bimorë. Normalisht, kur bakteret infektojnë një viktimë të re, një lloj i vetëm zgjerohet në mënyrë dramatike ndërsa shfrytëzon me sukses pritësin e tij. Në këtë rast, megjithatë, Pseudomonas popullsia përmbante një sërë llojesh të ndryshme që dukej se ruanin një konkurrencë të qëndrueshme.
Për të mësuar më shumë, studiuesit morën mbi 1500 gjenome individuale nga popullata bakteriale. Mbi 99 për qind e këtyre gjenomeve përmbanin copa virusi, ku lloji mesatar bakterial kishte dy copa të veçanta virusi që fshihen në gjenomin e tyre. Të gjithë këta kishin pjesë të munguar në krahasim me një virus funksional, duke sugjeruar se ishin produkt i një virusi që ishte futur në të kaluarën, por që atëherë kishte marrë dëmtime që i çaktivizuan.
Në vetvete, kjo nuk është tronditëse. Shumë gjenome (përfshirë edhe tonin) kanë shumë viruse me aftësi të kufizuara në to. Por bakteret priren të eliminojnë ADN-në e jashtme nga gjenomi i tyre mjaft shpejt. Në këtë rast, një sekuencë e veçantë virale u duk se datonte nga paraardhësi i përbashkët i shumë prej shtameve pasi të gjitha prej tyre kishin futur virusin në të njëjtin vend të gjenomit dhe të gjitha rastet e këtij virusi të veçantë ishin çaktivizuar duke humbur i njëjti grup gjenesh. Studiuesit e quajtën këtë sekuencë VC2.
Shumë fagë kanë një strukturë stereotipike: një “kokë” të madhe që përmban materialin e tyre gjenetik, të vendosur në majë të një kërcelli që përfundon në një grup “këmbësh” që ndihmojnë për t’u lidhur me viktimat e tyre bakteriale. Sapo këmbët të kontaktojnë, një kërcell tkurret, një veprim që ndihmon në transferimin e gjenomit të virusit në qelizën bakteriale. Në rastin e VC2, të gjitha kopjeve të tij mungonin gjenet për prodhimin e seksionit të kokës, si dhe të gjitha gjenet e nevojshme për përpunimin e gjenomit të tij gjatë infeksionit.
Kjo i bëri studiuesit të dyshonin se VC2 ishte diçka e quajtur “tailocin”. Këta janë ish-fagë që janë zbutur nga bakteret në mënyrë që të mund të përdoren për të dëmtuar konkurrencën e mundshme të baktereve. Bakteret me një tailocin mund të prodhojnë fagë të pjesshëm që përbëhen vetëm nga këmbët dhe kërcelli. Këto tailocina ende mund të gjejnë dhe të lidhen me bakteret e tjera, por kur kërcelli tkurret, nuk ka gjenom për të injektuar. Në vend të kësaj, kjo thjesht hap një vrimë në membranën e viktimës së tyre, duke eliminuar pjesërisht kufirin e qelizës dhe duke lejuar që disa nga përmbajtjet e saj të rrjedhin, duke çuar në vdekjen e saj.
Një evolucionar falas për të gjithë
Për të konfirmuar se sekuenca VC2 kodon një tailocin, studiuesit rritën disa baktere që përmbanin sekuencën, pastruan proteina prej saj dhe përdorën mikroskopin elektronik për të konfirmuar se ato përmbanin fagë pa kokë. Duke ekspozuar baktere të tjera ndaj tailocin-it, ata zbuluan se ndërsa soji që e prodhoi atë ishte imun, shumë shtame të tjera që rriteshin në të njëjtin mjedis u vranë prej tij. Kur ekipi fshiu gjenet që kodojnë pjesët kryesore të bishtit, vrasja u largua.
Studiuesit supozojnë se sistemi përdoret për të zhdukur konkurrencën e mundshme, por se shumë shtame kanë evoluar rezistencën ndaj tailocin.
Kur studiuesit bënë një ekran gjenetik për të identifikuar mutantët rezistent, ata zbuluan se rezistenca u ofrua nga mutacionet që ndërhynin në prodhimin e molekulave komplekse të sheqerit që gjenden në proteinat që përfundojnë në pjesën e jashtme të qelizave. Në të njëjtën kohë, shumica e ndryshimeve gjenetike midis gjeneve VC2 ndodhin në proteinat që kodojnë këmbët, të cilat lidhen me këto sheqerna.
Pra, duket se çdo lloj bakteri është edhe agresor edhe viktimë, dhe ka një garë evolucionare armatimi që çon në një koleksion kompleks ndërveprimesh në çift midis llojeve – mendoni për një lojë guri/letër/gërshërë me dhjetëra opsione. Dhe gara e armatimeve ka një histori. Duke përdorur mostra të vjetra, studiuesit tregojnë se shumë nga variacionet në këto gjene kanë ekzistuar për të paktën 200 vjet.
Garat evolucionare shpesh shihen si një luftë e thjeshtë një kundër një, ndoshta sepse është një mënyrë e lehtë për të menduar për to. Por realiteti është se shumica janë më shumë të ngjashme me një grindje kaotike në dhomën e barit – një rast ku është e rrallë që ndonjë fraksion të marrë një avantazh të përhershëm.
Science, 2024. DOI: 10.1126/science.ado0713 (Rreth DOIs).