Deze virussen worden bacteriofagen genoemd - letterlijk, eters van bacteriën – en kortweg fagen. Hoewel fagen al heel lang bestaan, deze nieuwe fagen zijn verrassend in termen van hun grootte en biologisch complexe systemen. Veel van hun genen worden meestal gevonden in bacteriën en worden gebruikt om hun gastheerbacteriën aan te vallen.
Waar vonden de wetenschappers deze zeldzame enorme fagen? Ze verdiepten zich in een enorme database van DNA-sequenties die waren verkregen uit een breed en divers scala aan omgevingen op aarde. Deze bijna 30 microbiomen overspannen het spectrum van een hete bron in Tibet, via bioreactoren in Zuid-Afrika, naar de darm van een vrouw die een baby in haar baarmoeder draagt. Andere locaties zijn ondergrondse gaten, oceanen, meren, en de darmen van een te vroeg geboren baby.
Onderzoeker Jill Banfield doet dit al meer dan anderhalf decennium. Ze berekent de volgorde van alle DNA-bits in elk monster dat ze van een locatie op aarde krijgt. Vervolgens past ze de puzzelstukjes in elkaar om de genoomsequentie te krijgen.
In de meeste gevallen, ze krijgt een schets van het genoom, maar van een paar is bevestigd dat ze het genoom zijn van geheel nieuwe microben. Sommige van deze microben worden gereguleerd door kleine genomen die, inderdaad, niet in staat lijken om zelfstandig door het leven te gaan, en in plaats daarvan volledig afhankelijk zijn van andere levensvormen, namelijk, archaea en bacteriën.
Het was een jaar geleden dat ze melding maakte van de vondst van grote fagen, die ze Lak-fagen noemde, in de menselijke darm en mond. Deze fagen eten bacteriën in het speeksel en de darm.
In de nieuwe krant ze rapporteert de isolatie van meer dan 350 zeer grote fagen met genomen die, op lengtes van 200, 000 basen, viermaal groter dan de gemiddelde genetische sequentie van een tot nu toe bekende bacteriofaag (50 kb). Banfield opmerkingen, "We onderzoeken de microbiomen van de aarde, en soms komen er onverwachte dingen naar boven."
De grootste tot nu toe gesequenced heeft een genoom dat een verbazingwekkende 735 omvat, 000 basenparen, wat ongeveer 15 keer zo groot is als het gemiddelde faaggenoom, En in feite, aanzienlijk groter dan veel bacteriële genomen. Maar er kunnen nog grotere zijn, omdat ze tot nu toe slechts 175 van deze grote fagen hebben gesequenced.
Afbeelding van enorme fagen (rood, links) en normale fagen die een bacteriële cel infecteren. De enorme faag injecteert zijn DNA in de gastheercel, waar Cas-eiwitten - onderdeel van het CRISPR-immuunsysteem dat meestal alleen in bacteriën en archaea wordt aangetroffen - de reactie van de gastheercel op andere virussen manipuleren. Het UC Berkeley-team heeft nog geen enorme fagen gefotografeerd, dus ze zijn allemaal afgebeeld die lijken op het meest voorkomende type faag, T4. Image Credit:UC Berkeley afbeelding met dank aan Jill Banfield lab Deze grote fagen werden ingedeeld in tien clades of groepen. Elk heeft de naam "Big phage" gekregen, hoewel ze verschillende talen gebruiken, of verschillende woorden in dezelfde taal. De talen zijn die van het land van herkomst van de onderzoekers. Zo is er een Mahaphage clade, een Biggiefaag, een Judafaag, een Kaempefaag, een Dakhmphage, een Jabbarfaag en een Kabirfaag, evenals een Enormefaag, Whopperfaag, en Kyodaiphage clade - in het Sanskriet, Australisch Engels, Chinese, Deens, Arabisch (de volgende drie), Frans, Amerikaans Engels, en Japans!
De bacteriële genen in deze fagen bevatten enkele CRISPR-elementen, gen-editing eiwit coderende segmenten, die door bacteriën worden gebruikt om virale aanvallen te weerstaan. De wetenschappers denken dat deze elementen bedoeld zijn om onderdeel te worden van het CRISPR-systeem van de gastheer, de bacteriën in staat stellen andere virussen te weerstaan, zodat deze grote fagen ononderbroken van hun maaltijd kunnen genieten. Een andere onderzoeker, Basem al-Shayeb, legt uit dat deze fagen dit systeem voor hun eigen voordeel gebruiken, "om oorlog tussen deze virussen aan te wakkeren."
Een ander fascinerend element in een van deze nieuwe fagen is een eiwit dat dezelfde rol speelt als het Cas-9-eiwit, een integraal onderdeel van de veelgebruikte CRISPR-Cas9-tool voor het bewerken van genen die voor het eerst werd geïntroduceerd door Doudna en Charpentier. Dit nieuwe eiwit heet CasØ – de letter Ø, of phi (in het Grieks), is het symbool voor een faag. Dit is onderdeel van de Cas-12 familie, maar deze fagen hebben ook andere bacteriële CRISPR-elementen zoals Cas-9, Cas-X, en Cas-Y-eiwitten.
Sommige van deze fagen hebben ook zeer grote CRISPR-arrays. Dit verwijst naar de aanwezigheid van arrays die zijn samengesteld uit virale DNA-fragmenten, geheugenarrays die de snelle herkenning van een herhaalde aanval door een van deze virussen mogelijk maken. Dit, beurtelings, triggert onmiddellijke Cas-reacties, waardoor specifieke targeting van deze virussen mogelijk is.
Een andere verrassende bevinding was het voorkomen van genen die coderen voor ribosomale eiwitten. Het ribosoom is het celorganel dat mRNA leest en het gebruikt om specifieke eiwitten te maken. Dit is een van de eerste gevallen van ribosomale genen in virussen.
Ze vonden ook genen die coderen voor transfer-RNA's, dat zijn de moleculen die de juiste aminozuren opnemen om in de eiwitsequentie te worden opgenomen. Er zijn regulerende genen voor tRNA's, genen om het eiwitsyntheseproces in te schakelen, en zelfs enkele ribosomale segmenten. Deze genen worden alleen in levensvormen gevonden, omdat ze te maken hebben met de productie van eiwitcomponenten - wat anders is dan wat elk ander virus kan doen, en dat is een vermogen dat leven spreuken.
Onderzoeker Rohan Sachdeva zegt dat dit "een van de belangrijkste bepalende kenmerken is die virussen en bacteriën scheiden, niet-leven en leven." Hij noemt dit "de lijn een beetje vervagen".
Waarom zijn deze genen er? De onderzoekers denken dat ze kunnen worden gebruikt om de ribosomen te kapen om te beginnen met het repliceren van virale in plaats van bacteriële eiwitten. Een bijkomende bevinding is de aanwezigheid van alternatieve genetische codes, of het gebruik van meer dan één genetische code om hetzelfde aminozuur aan te duiden. Deze functie zou het bacteriële ribosoom wel eens op het verkeerde been kunnen zetten en het voor de gek kunnen houden om het virale RNA te decoderen in plaats van het eigen RNA van de gastheer.
De ontdekking van nieuwe tools die worden gebruikt in de strijd tussen bacteriën en virussen biedt veel mogelijkheden voor het vinden van nieuwe tools voor het bewerken van genen. Veel van de nieuwe genen moeten nog worden onderzocht voor hun functies, en het zou best kunnen dat deze nieuwe eiwitten nuttig zullen zijn in verschillende toepassingen in de industrie, de medische wetenschappen, of in de landbouw.
Er zijn gevaren, te. Virussen dragen genen over van de ene bacterie naar de andere, waarvan sommige verantwoordelijk kunnen zijn voor antibioticaresistentie of voor virulentie (het vermogen om ziekten te veroorzaken). Deze eigenschap van de nieuw ontdekte fagen zou kunnen betekenen dat er een risico bestaat dat sommige van deze schadelijke genen naar het menselijke microbioom worden overgebracht, aangezien fagen naast bacteriën voorkomen.
Aangezien het aantal genen dat door deze grote fagen wordt gedragen aanzienlijk hoger is dan bij gewone fagen, ze hebben een groter vermogen om genen te verplaatsen die andere cellen kunnen verwonden. Beurtelings, dit vergroot het risico dat sommige van deze genen worden overgenomen door genen in de menselijke omgeving.
Allemaal samen, de onderzoekers zijn gefascineerd door de aanwezigheid van fagen met enorme genomen in verschillende microbiomen over de hele aarde. De relatie tussen deze grote fagen wordt geïnterpreteerd alsof ze afkomstig zijn van een oude familie van virussen met een groot genoom.
zegt Banfield, "Het hebben van grote genomen is een succesvolle strategie voor het bestaan. Deze virussen van bacteriën maken deel uit van de biologie, van replicerende entiteiten, waar we heel weinig van weten."
Waar genoeg. Deze fagen zijn zo groot dat ze ergens in de opening tussen de archaea (de vroegste verwanten van bacteriën) passen, en gewone fagen die eruitzien als niet-levende dingen. Banfield beschrijft ze als "succesvolle bestaansstrategieën die een kruising zijn tussen wat wij beschouwen als traditionele virussen en traditionele levende organismen."
Wees niet bang voor de colonoscopie
Maatregelen om overdracht van SARS-CoV-2 via afvalwater in arme regio's te voorkomen
Onderzoek naar microben die verband houden met hartaanvallen
Zijn op DNA gebaseerde diëten en gepersonaliseerde medische voeding de toekomst voor gewichtsverlies?
Omgaan met het prikkelbare darm syndroom
Teken dragen nu meerdere ziekten,
Verlies van darmepitheelbarrière die verantwoordelijk is voor COVID-19-gerelateerde MIS-C bij kinderen,
suggereert studie Hoewel de ziekte van coronavirus 2019 (COVID-19) bij kinderen relatief zeldzaam en meestal mild is, van sommigen is bekend dat ze terugkeren met een zeldzame maar ernstige, of zelfs
Een fysieke en genetische kaart van Cannabis sativa maken
De Cannabis sativa plant wordt vaak gebruikt voor een verscheidenheid aan medicinale, landbouw, industriële en recreatieve doeleinden over de hele wereld. Ondanks het wijdverbreide gebruik, er blijf
DNA-metabarcodering kan analyse van menselijke voeding verbeteren
Een nieuwe studie heeft aangetoond dat DNA-metabarcodering dient als een krachtig nieuw hulpmiddel voor het monitoren van de opname van planten door mensen, wat onderzoekers zou kunnen helpen meer te