عملکردهای کلیدی ویروس های جامبو که از نظر درمانی امیدوار کننده هستند

اما سپس باکتری ها تکامل یافتند. آنها راه های جدیدی برای فرار از درمان آنتی بیوتیکی کشف کردند که بسیاری از آنها را بی فایده کرد. همانطور که منابع جدید آنتی بیوتیک ها خشک شده اند، عفونت های باکتریایی به بحران بهداشت جهانی امروزی در مورد مقاومت آنتی بیوتیکی تبدیل شده اند.

اکنون دانشمندان به دنبال یک متحد غیرعادی، ویروس‌ها هستند تا به مقابله با این تهدید فزاینده کمک کنند. اخیراً محققان بر روی ویروس‌هایی به نام باکتریوفاژها به عنوان ابزاری جدید برای درمان و از بین بردن باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک تمرکز کرده‌اند. توجه ویژه به فاژهای “جمبو” – ویروس‌هایی که اخیراً کشف شده‌اند که ژنوم‌های بسیار بزرگی دارند – داده شد که می‌توانند به‌عنوان عوامل انتقال ویژه که نه تنها می‌توانند باکتری‌ها را از بین ببرند، بلکه می‌توانند برای رساندن آنتی‌بیوتیک‌ها به طور مستقیم به منبع عفونت استفاده شوند.

اما برای ارائه درمان های جدید از طریق فاژها، دانشمندان ابتدا باید ساختار و مکانیسم های بیولوژیکی خارق العاده این ویروس های مرموز را درک کنند.

محققان دانشکده علوم زیستی دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو و همکارانشان در مؤسسه ژنومیک نوآورانه دانشگاه کالیفرنیا برکلی و دانشگاه چولالانگکورن در بانکوک گام مهمی در رمزگشایی چندین عملکرد کلیدی در فاژهای جامبو برداشته‌اند.

جو پولیانو، استاد دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو در دانشکده علوم زیستی و نویسنده ارشد مقاله جدید که در 30 آوریل در 30 آوریل منتشر شد، گفت: “این فاژهای جامبو دارای ژنوم های بزرگی هستند که در تئوری، می توان آنها را برای حمل محموله هایی دستکاری کرد که به طور موثرتری باکتری ها را از بین می برد.” مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم. “مشکل این است که ژنوم آنها بسته است، بنابراین دسترسی به آن آسان نیست. اما اکنون برخی از عناصر کلیدی آن را کشف کرده ایم.”

همانطور که در مقاله توضیح داده شد، این تحقیق به رهبری دانشجوی فارغ التحصیل دانشکده علوم زیستی، چیس مورگان، بر روی فاژهای غول پیکر Chimalliviridae متمرکز شد که با تشکیل محفظه ای شبیه به هسته در سلول های انسان و دیگر موجودات زنده، در داخل باکتری ها تکثیر می شوند. The core-like compartment of the Chimalliviridae secretes and selectively imports certain proteins that allow it to replicate in the host bacterium. اما چگونه آشکار شدن این فرآیند بخش گیج کننده ای از فرآیند بود.

Using new genetic and cell biology tools, Morgan and his colleagues identified a key protein they called the “Chimalliviruses A Protein Importer,” or PicA, that acts as a kind of nightclub bouncer, selectively trafficking proteins, allowing entry into the nucleus for some but denying access to others. آنها دریافتند که PicA قاچاق یک پروتئین محموله را در سراسر پوشش محافظ هسته فاژ هماهنگ می کند.

“Just the fact that this virus is able to create this incredibly complex structure and transport system is really amazing and something we haven’t seen before,” Morgan said. “What we think of as complex biology is usually reserved for higher life forms with humans and our tens of thousands of genes, but here we see functionally analogous processes in a relatively small viral genome of only approximately 300 genes. This is perhaps the simplest selective transport system we know.”

با استفاده از CRISPRi-ART، یک ابزار RNA قابل برنامه ریزی برای مطالعه ژنوم، محققان توانستند نشان دهند که PicA یک جزء ضروری در فرآیند توسعه و تکثیر هسته Chimalliviridae است.

“Without the simplicity and flexibility of RNA-targeting CRISPR technologies, directly asking and answering these questions would be nearly impossible. We are really excited to see how these tools unravel the mysteries encoded by phage genomes,” said co-author Ben Adler, a postdoctoral fellow working under CRISPR Nobel laureate Jennifer Doudna.

باکتری‌ها و ویروس‌ها برای میلیاردها سال درگیر نوعی مسابقه تسلیحاتی بوده‌اند که هر کدام برای مقابله با سازگاری‌های دیگری تکامل می‌یابند. The researchers say the complex PicA transport system is the result of this intense, ongoing evolutionary competition. این سیستم به گونه ای تکامل یافته است که هم بسیار انعطاف پذیر و هم بسیار انتخابی است و تنها به عناصر مفید کلیدی در داخل هسته اجازه می دهد. بدون سیستم PicA، پروتئین‌های دفاعی باکتری‌ها وارد داخل می‌شوند و روند تکثیر ویروس را خراب می‌کنند.

چنین اطلاعاتی حیاتی است زیرا دانشمندان مؤسسه پزشکی هوارد هیوز (HHMI) و مرکز برنامه‌های کاربردی و درمانی نوآورانه فاژ در UC San Diego به دنبال ایجاد زمینه‌ای برای برنامه‌ریزی ژنتیکی فاژها برای درمان انواع بیماری‌های کشنده هستند.

امیلی آرمبروستر، دانشجوی فارغ التحصیل دانشکده علوم زیستی، یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «ما واقعاً هیچ درکی از نحوه عملکرد سیستم واردات پروتئین یا پروتئین‌هایی که قبلاً در آن نقش داشتند نداشتیم، بنابراین این مطالعه اولین گام در درک یک فرآیند کلیدی است که برای تولید مثل موفق این فاژها حیاتی است.» هرچه بیشتر این سیستم های اساسی را درک کنیم، بهتر می توانیم فاژ را برای استفاده درمانی طراحی کنیم.

اهداف آینده برای چنین ویروس‌هایی که از نظر ژنتیکی برنامه‌ریزی شده‌اند شامل باکتری سودوموناس آئروژینوزا می‌شود که به عنوان عامل عفونت‌های بالقوه کشنده شناخته می‌شود و برای بیماران در بیمارستان‌ها خطرآفرین است. سایر اهداف امیدوارکننده شامل E. coli و Klebsiella هستند که می توانند باعث عفونت های مزمن و مکرر شوند و در برخی موارد وارد جریان خون شوند که می تواند تهدید کننده زندگی باشد.