باکتری‌ها سلاح خودِ ویروس را علیه آن به کار می‌گیرند

دانشمندانی که به دنبال شیوه‌های نوین درمان عفونت‌های باکتریایی هستند، روزبه‌روز بیشتر به سراغ ویروس‌هایی می‌روند که با نام فاژ باکتری‌خوار (bacteriophage) یا به اختصار فاژ شناخته می‌شوند. این ویروس‌ها به‌طور اختصاصی باکتری‌ها را هدف می‌گیرند و به همین دلیل می‌توانند میکروب‌های زیان‌آور را بدون آسیب رساندن به سلول‌های انسانی از میان بردارند. آن‌ها همچنین می‌توانند به باکتری‌هایی حمله کنند که در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت پیدا کرده‌اند.

با این حال، درمان فاژی با مانعی بزرگ روبه‌روست. باکتری‌ها در برابر ویروس‌ها بی‌دفاع نیستند. آن‌ها سیستم‌های ایمنی خاص خود را تکامل داده‌اند و شناخت این دفاع‌ها می‌تواند به دانشمندان کمک کند فاژهای درمانی بسازند که بهتر بتوانند بر این دفاع‌ها غلبه کنند.

پژوهش‌های تازه اکنون شیوه‌ای مهم را برای شناسایی حمله ویروسی توسط باکتری‌ها شناسایی کرده است. دانشمندان دریافتند آنزیمی ویروسی، مولکول حسگر حیاتی‌ای را درون سلول باکتری می‌بُرد. این آسیب به‌مثابه زنگ خطری عمل می‌کند و پاسخ ایمنی را فعال می‌سازد. این کشف در نهایت می‌تواند به پژوهشگران کمک کند درمان‌های فاژی مؤثرتری بسازند که قادر به دور زدن دفاع‌های ایمنی باکتری‌ها باشند.

سم هابز، دکترای زیست‌شیمی و استادیار زیست‌شیمی دانشگاه یوتا هِلت و نویسنده نخست مقاله‌ای که این پژوهش را توصیف می‌کند، می‌گوید: «این یکی از رایج‌ترین شکل‌های ایمنی باکتریایی است، بنابراین وقتی سرانجام آن را فهمیدیم، لحظه‌ای کاملاً

این پژوهش بر سیستم ایمنی باکتریایی به نام CBASS متمرکز بود. هنگام فعال‌شدن، CBASS می‌تواند پاسخی افراطی و «آخرین راهکار» را رقم بزند که در آن باکتری آلوده پیش از آنکه ویروس مهاجم فرصت گسترش به سلول‌های مجاور را بیابد، خود را نابود می‌کند.

از آنجا که فعال‌شدن این دفاع برای باکتری کشنده است، این سیستم باید بتواند با دقتی بسیار بالا تهدید واقعی ویروسی را تشخیص دهد.

هابز و همکارانش دریافتند این فرایند شناسایی به چیزی وابسته است که خود ویروس به آن نیاز دارد. برخی فاژها آنزیمی تولید می‌کنند که به سیگنال هشداردهنده به باکتری درباره حمله بدل می‌شود.

او توضیح می‌دهد: «برخی انواع فاژها پروتئینی به نام پروتئاز دارند که پروتئین‌های دیگر را تجزیه می‌کند. ما دریافتیم پروتئاز فاژ در واقع مستقیماً بر پروتئین میزبان اثر می‌گذارد و همین سیگنالی است که کل مسیر پیام‌رسانی را روشن می‌کند.»

این شیوه شناسایی ویروس به‌طور چشمگیری با سیستم‌های ایمنی ضد ویروسی مشابه متفاوت است. برخی از این مسیرها مواد ژنتیکی ویروس را مستقیماً شناسایی می‌کنند. در CBASS، محرک در عوض از فعالیت پروتئینی ویروسی ناشی می‌شود که بر پروتئینی متعلق به میزبان باکتریایی اثر می‌گذارد.

هابز می‌گوید: «این سازوکاری کاملاً تازه برای فعال‌شدن این پروتئین‌های میزبان است. هرگز حدس نمی‌زدم که قرار است به این شکل عمل کند.»

این یافته نه‌تنها روشنگر شیوه دفاع باکتری‌ها در برابر فاژهاست، بلکه می‌تواند برای فهم ایمنی در انسان‌ها نیز پیامدهایی داشته باشد.

CBASS با مسیر ایمنی یافت‌شده در انسان پیوند دارد؛ این امر نشان می‌دهد بخش‌هایی از این دفاع ضد ویروسی در طول دوره‌ای عظیم از تاریخ تکاملی پایدار مانده‌اند. این پیوند حاکی از آن است که این مسیر دست‌کم به نیای مشترک باکتری‌ها و انسان‌ها بازمی‌گردد.

باکتری‌ها همچنین سامانه‌ای آزمایشگاهی سودمند در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهند تا پرسش‌های بنیادین درباره ایمنی را بررسی کنند. چرخه‌های زندگی کوتاه آن‌ها به دانشمندان امکان می‌دهد فرایندهای ایمنی را به‌سرعت مطالعه کنند و سپس آموخته‌هایشان را در مدل‌های زیستی که پیوند نزدیک‌تری با انسان دارند بیازمایند.

هابز می‌گوید: «اینکه این سیستم‌ها میان باکتری‌ها و انسان‌ها حفظ شده‌اند، نشان می‌دهد که در طول کل این مسیر تکاملی در این جانداران متفاوت پایدار مانده‌اند. سلول‌ها به ما می‌گویند این مسیر بسیار مهمی است، چون میلیاردها سال آن را حفظ کرده‌اند. فوق‌العاده شگفت‌انگیز است و دریچه‌ای جذاب به سوی آنچه در حفظ توانایی مبارزه با ویروس‌ها اهمیت دارد.»

این پژوهش با عنوان «پروتئازهای فاژی ایمنی ضد فاژی CBASS را فعال می‌کنند» (Phage proteases activate CBASS antiphage immunity) در مجله Science منتشر شده است.

این کار با حمایت برنامه دانش‌پژوهان زیست‌پزشکی پیو (Pew Biomedical Scholars)، صندوق باروز ولکام (Burroughs Wellcome Fund)، بنیاد جی. هارولد و لیلا وای. ماترز (G. Harold and Leila Y. Mathers Foundation)، مؤسسه تحقیقات سرطان (CRI3996)، مؤسسه پارکر برای ایمنی‌درمانی سرطان (Parker Institute for Cancer Immunotherapy)، کنسرسیوم ماساچوست برای آمادگی در برابر عوامل بیماری‌زا (Massachusetts Consortium on Pathogen Readiness) و مؤسسه ملی علوم پزشکی عمومی مؤسسه‌های ملی بهداشت آمریکا (NIH) (شماره 1DP2GM146250-01) پشتیبانی شده است. محتوای این مطلب تنها مسئولیت نویسندگان را بر عهده دارد و لزوماً بیانگر دیدگاه‌های رسمی مؤسسه‌های ملی بهداشت نیست.