معقل في مكافحة الفيروسات – تم فك تشفير نظام المناعة البكتيري الجديد

يصف فريق بحث دولي لأول مرة هيكل ووظيفة نظام Zorya، وهو آلية حماية متخصصة للغاية ضد الفيروسات من البكتيريا.

تصاب البكتيريا باستمرار بفيروسات تسمى العاثيات، والتي تستخدم البكتيريا كخلايا مضيفة. ومع ذلك، في سياق التطور، طورت البكتيريا استراتيجيات مختلفة لحماية نفسها من هذه الهجمات. العديد من أنظمة المناعة البكتيرية هذه معروفة منذ فترة طويلة. كشف الآن مارك إرهاردت وفيليب بوب، وكلاهما من معهد علم الأحياء بجامعة هومبولت في برلين، مع زملائهما في الدنمارك ونيوزيلندا وشركاء آخرين، عن بنية ووظيفة نظام دفاع بكتيري جديد ضد العاثيات. تم اكتشافه في عام 2018 من قبل مجموعة بحث إسرائيلية وأطلق عليه اسم زوريا، وهو شخصية في الأساطير السلافية. وقد تم الآن نشر نتائج البحث في المجلة العلمية الشهيرة طبيعة.

يتعرف نظام Zorya على هجمات العاثيات وينشط دفاعًا مبكرًا ودقيقًا يدمر الحمض النووي للعاثية مع تجنب موت الخلية المضيفة. يوضح البروفيسور مارك إرهاردت، رئيس مختبر الأحياء الدقيقة الجزيئية بجامعة هومبولت في برلين: “يشبه زوريا نظام إنذار مبكر مزود بدرع واقي. فهو يتعرف على العلامات الأولى للهجوم ويتفاعل بسرعة كبيرة لصد الدخيل”. أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة.

معقل ضد العاثيات

يُظهر فحص نظام زوريا باستخدام أحدث الأساليب مثل الإلكترون المبرد والمجهر الفلوري أنه يتكون من محرك جزيئي معقد والعديد من المكونات المتخصصة. يستشعر هذا المحرك في مرحلة مبكرة التغيرات في جدار الخلية الناتجة عن اختراق العاثيات ويطلق سلسلة من ردود الفعل الوقائية. تتيح هذه الآلية غير المعروفة سابقًا للخلية البكتيرية تحليل الحمض النووي العاثي بحيث لا يتمكن الفيروس من التكاثر في الخلية المضيفة. وهذا أمر لافت للنظر لأن البكتيريا عادة ما تمنع العاثيات من التكاثر عن طريق التسبب في موت الخلايا أو – بعبارة أخرى – “التضحية” بنفسها. يقول إرهاردت: “كان فك رموز نظام زوريا بمثابة فتح صندوق كنز”. “أنت تستمر في اكتشاف جوانب جديدة لهذه التحفة الجزيئية.”

لتحليل بنية مجمعات البروتين، تم تبريد العينات إلى درجات حرارة منخفضة جدًا تصل إلى -260 درجة مئوية خلال أجزاء من الثانية باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد. يمنع هذا التجميد بالصدمة تكوين بلورات الثلج بحيث تحافظ الجزيئات على شكلها الطبيعي. وقد قدم الفحص المجهري الفلوري بدوره نظرة ثاقبة لتفاعل جزيئات الفيروس مع الخلايا البكتيرية.

إمكانيات جديدة لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية

إن فك تشفير هذا النظام المضاد للفيروسات في البكتيريا له آثار بعيدة المدى: فمن ناحية، فإنه يساهم في فهم أفضل لآليات التفاعل بين البكتيريا العاثيات. ومن ناحية أخرى، تفتح النتائج آفاقا جديدة لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية. ويضيف البروفيسور فيليب بوب، الأستاذ الزائر في قسم الأحياء والمؤلف المشارك: “يمكن لنظام زوريا أن يكون بمثابة أساس لتطوير أدوات مبتكرة للتلاعب الدقيق بالمواد الوراثية أو لتطوير علاجات جديدة ضد الالتهابات البكتيرية”. من الدراسة. يعتمد تطوير طريقة كريسبر-كاس لتحرير الجينوم الحائزة على جائزة نوبل أيضًا على نظام مناعة بكتيري يحمي من الفيروسات، تم اكتشافه في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. بالنسبة لفيليب بوب، تعد الدراسة الحالية أيضًا مثالًا على جمال البيولوجيا الجزيئية: “إنه لأمر مدهش أن نرى مدى روعة استراتيجيات البقاء التي طورتها البكتيريا. ويوضح لنا زوريا مقدار ما لا يزال بإمكاننا تعلمه عن هذه الكائنات الصغيرة ولكن المعقدة بشكل لا يصدق”. “.

عن المؤلفين

يرأس البروفيسور مارك إرهاردت مجموعة أبحاث علم الأحياء الدقيقة الجزيئية في معهد علم الأحياء بجامعة هومبولت في برلين. تركز أبحاثه على حركية البكتيريا وآليات الدفاع البكتيرية المضادة للعاثيات. البروفيسور فيليب بوب هو أستاذ زائر وقائد مجموعة في معهد علم الأحياء بجامعة هومبولت. يجري أبحاثًا حول التفاعل بين الفحص المجهري وعلم الأحياء الدقيقة الجزيئي.