صدم العلماء عندما رأوا فيروسًا يهاجم فيروسًا آخر للمرة الأولى – “لا أستطيع أن أصدق ذلك”

تشير النتائج إلى أن هناك العديد من الأنظمة المشابهة التي يجب اكتشافها.

لم يره أحد من قبل فايروس أدت نتائج التسلسل المتناقضة إلى إرسال فريق UMBC إلى حفرة أرنب مما أدى إلى اكتشاف هو الأول من نوعه حتى اكتشف فيروس آخر.

الفيروسات وعلاقاتها المعقدة

ويوضح أستاذ العلوم البيولوجية إيفان إريل أن بعض الفيروسات، التي تسمى الأقمار الصناعية، لا تعتمد فقط على الكائن المضيف لإكمال دورة حياتها، بل تعتمد أيضًا على فيروس آخر يسمى “المساعد”. يحتاج فيروس الأقمار الصناعية إلى قفيصته، وهي غلاف واقي يحيط بالمادة الوراثية للفيروس، أو مساعد لمساعدته على التكاثر. الحمض النووي.

تتطلب هذه العلاقات الفيروسية أن يكون القمر الصناعي والمساعد على مقربة من بعضهما البعض، على الأقل مؤقتًا، ولكن لم تكن هناك حالات ربط القمر الصناعي نفسه فعليًا بالمساعد – حتى الآن.

تُظهر هذه الصورة الملونة بالمجهر الإلكتروني النافذ فيروس الأقمار الصناعية المكتشف حديثًا والمرتبط بالفيروس المساعد له. ويمثل هذا البحث المرة الأولى التي لاحظ فيها العلماء تعايش فيروس مع آخر. ومن بين المساعدين الخمسين الذين تم رصدهم، كان 40 منهم مرتبطين بالأقمار الصناعية. يوفر تحليل المعلومات الحيوية لجينومات الأقمار الصناعية والفيروسات المساعدة أدلة حول سبب تطور الأقمار الصناعية لترتبط بالفيروسات المساعدة، وتشير إلى أن الزوج ربما تطورا معًا لمدة 100 مليون سنة تقريبًا. الائتمان: تاجيد دي كارفالو

ملاحظة أولية

في ورقة نشرت في مجلة الجمعية الدولية للإيكولوجيا الميكروبيةيصف فريق UMBC وزملاؤه في جامعة واشنطن في سانت لويس (WashU) الملاحظة الأولى التي تفيد بأن عاثيات الأقمار الصناعية (فيروس يصيب الخلايا البكتيرية) ترتبط باستمرار بالبكتيريا المساعدة في “رقبتها”. من الفيروس.

في الصور المجهرية الإلكترونية المفصلة التي التقطها تاجيد دي كارفالو، مساعد مدير كلية العلوم الطبيعية والرياضية والمؤلف الأول للورقة الجديدة، كان 80 بالمائة (40 من 50) من المساعدين يحملون قمرًا صناعيًا مربوطًا حول أعناقهم. بعض محلاق الأقمار الصناعية المتبقية غائبة في الرقبة. يصف إريل، أحد كبار مؤلفي البحث، ما يشبه “علامات العض”.

كيث ر. تاجيد دي كارفاليو في منشأة التصوير ببورتر. استفاد deCarvalho من المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) الخاص بالمنشأة لالتقاط صور مذهلة لنظام الفيروسات بمساعدة الأقمار الصناعية الذي تمت مناقشته في الورقة الجديدة. الائتمان: مارلاينا ديموند ’11 / UMBC

يقول ديكارفالو: “عندما رأيت ذلك، قلت: لا أستطيع أن أصدق هذا. لم يسبق لأحد أن رأى عاثيات – أو أي فيروس آخر – مرتبطة بفيروس آخر”.

شراكة فيروسية طويلة الأمد

بعد الملاحظات الأولية، قام إيليا موسكولو، وهو طالب دراسات عليا في مجموعة بحث إريل والمؤلف الأول المشارك في الورقة، بتحليل جينومات القمر الصناعي والمساعد والمضيف، وكشف عن المزيد من الأدلة حول هذه العلاقة الفيروسية التي لم يتم رؤيتها من قبل. تحتوي معظم الفيروسات الفضائية على جينوم يسمح لها بالاندماج مع المادة الوراثية للخلية المضيفة بعد دخولها إلى الخلية. وهذا يسمح للقمر الصناعي بالتجديد كلما دخل المساعد إلى الخلية. عندما تنقسم الخلية المضيفة، فإنها تقوم بنسخ الحمض النووي التابع لها.

يشارك إيفان إيريل في قيادة برنامج SEA-PHAGES في جامعة UMBC. تركز مجموعته البحثية على المعلوماتية الحيوية. الائتمان: مارلاينا ديموند ’11 / UMBC

نموذج العاثيات البكتيرية من WashU لديه مساعد وقمر صناعي. يحتوي القمر الصناعي WashU على جين للتنسيق ولا يرتبط مباشرة بمساعده كما هو الحال في الأنظمة المدعومة بالأقمار الصناعية التي تمت ملاحظتها سابقًا.

ومع ذلك، فإن القمر الصناعي الموجود في عينة جامعة كولومبيا البريطانية، والذي أطلق عليه الطلاب اسم MiniFlayer، هو أول حالة معروفة لقمر صناعي يفتقر إلى الجين اللازم لتصنيعه. نظرًا لأنه لا يستطيع الاندماج مع الحمض النووي للخلية المضيفة، إذا أراد البقاء على قيد الحياة، فيجب أن يكون قريبًا من مساعده – العقل – في كل مرة يدخل فيها الخلية المضيفة. على الرغم من أن الفريق لم يثبت هذا التفسير بشكل مباشر، إلا أن “الربط الآن يبدو منطقيًا تمامًا”، كما يقول إريل، “لأنه كيف ستضمن أنك ستدخل الخلية في نفس الوقت؟”

تحليل إضافي للمعلوماتية الحيوية أجراه ماسكولو وجوليا لوبيز بيريز، دكتوراه أخرى. كشف أحد الطلاب الذين يعملون مع Eryl أن MindFlayer وMiniFlayer قيد التطوير معًا لفترة طويلة. يقول إريل: “أعتقد أن هذا القمر الصناعي قام بتطوير الجينوم الخاص به باستخدام المساعد لمدة 100 مليون سنة على الأقل”، مضيفًا أنه يمكن اكتشاف العديد من حالات مثل هذه العلاقات. .

تلوث عرضي أم اكتشاف مهم؟

كان من الممكن بسهولة تفويت هذا الاكتشاف المذهل. بدأ المشروع كفصل دراسي عادي في برنامج SEA-PHAGES – وهو منهج استقصائي يقوم فيه الطلاب الجامعيون بعزل العاثيات من العينات البيئية، وإرسالها لتسلسلها، ثم استخدام أدوات المعلوماتية الحيوية لتحليل النتائج. بدأت الرحلة عندما أبلغ مختبر التسلسل في جامعة بيتسبرغ عن وجود تلوث في عينة من جامعة UMBC كان من المتوقع أن تحتوي على عاثية Mindflayer.

يشارك ستيفن كاروسو في قيادة برنامج SEA-PHAGES في جامعة UMBC. كما يقوم بإجراء أبحاث تربوية لتحسين تعليم العلوم. الائتمان: مارلاينا ديموند ’11 / UMBC

تضمن النموذج مجموعة كبيرة: الصفحة التي توقعوها. يقول إريل: “ولكن بدلًا من العثور على ذلك، وجدنا أيضًا تسلسلًا صغيرًا لا يتوافق مع أي شيء نعرفه”. يُطلق على برنامج SEA-PHAGES التابع لـ UMBC اسم Phage Huntersمع ستيفن كاروسو، المحاضر الرئيسي في العلوم البيولوجية. كاروسو 94، دكتوراه. 02، مجلة العلوم البيولوجية، أجرت العزلة مرة أخرى، وأرسلتها لتسلسلها، وحصلت على نتائج متطابقة.

UMBC كيث ر. قام الفريق بسحب DeCarvalho لمعرفة ما كان يحدث مع المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) في Porter Imaging Facility (KPIF). بدون الصور، الاكتشاف مستحيل.

ويشير دي كارفالو إلى أنه “ليس لدى الجميع جهاز TEM تحت تصرفهم”. ولكن باستخدام الأدوات الموجودة في KPIF، يقول دي كارفاليو: «أستطيع متابعة بعض هذه الملاحظات والتحقق منها باستخدام التصوير. هناك عناصر اكتشاف لا يمكننا القيام بها إلا باستخدام TEM.

الآثار والبحوث المستقبلية

يمهد اكتشاف الفريق الطريق للعمل المستقبلي لمعرفة كيفية تقارب الأقمار الصناعية، ومدى شيوع هذه الظاهرة، والمزيد. يقول ديكارفاليو: “العديد من العاثيات التي يعتقد الناس أنها ملوثات قد تكون في الواقع أنظمة مدعومة بالأقمار الصناعية”. “والآن، مع هذه الورقة، يمكن للناس التعرف على المزيد من هذه الأنظمة.”

المرجع: “الدخول المتزامن كتكيف مع الفوعة في نظام جديد بمساعدة الأقمار الصناعية يصيب Streptomyces صِنفتاجيد دي كارفاليو، إيليا ماسكولو، ستيفن إم كاروسو، جوليا لوبيز بيريز، كاثلين ويستون هافر، كريستوفر شافير، وإيفان إريل، 31 أكتوبر، مجلة ISME.
دوى: 10.1038/s41396-023-01548-0