دانشمندان دریافتهاند برخی ویروسها برای گریز از دفاع باکتریها به طور عمدی تنوع ژنتیکی ایجاد میکنند و این میتواند سرنخی تازه برای درمان در زمان بی اثر شدن آنتی بیوتیکها باشد.
ویروسهایی که به طور انتخابی باکتریها را هدف قرار میدهند و میکشند، که باکتریوفاژ یا به اختصار فاژ نامیده میشوند، باکتریها را آلوده میکنند اما کاری به سلولهای انسانی ندارند. وقتی به یک سلول باکتریایی میچسبند، ماده ژنتیکی خود را در آن تزریق میکنند، دستگاه سلول را در اختیار میگیرند و آن را وادار میکنند فاژهای جدید تولید کند تا زمانی که باکتری منفجر شود.
آگهی
آگهی
مشکل اینجاست که باکتریها همان طور که در برابر آنتیبیوتیکها مقاومت پیدا میکنند، میتوانند در برابر فاژها نیز سازوکارهای دفاعی تکامل دهند.
پژوهش جدید نشان میدهد فاژها نیز راهکار تکاملی خود را برای مقابله دارند.
طبق مطالعه (منبع به زبان انگلیسی)ای که روز پنجشنبه در نشریه نیچر میکروبیولوژی منتشر شد، برخی از ویروسهایی که در روده انسان زندگی میکنند میتوانند به سرعت در میان نسلهای خود تنوع ژنتیکی ایجاد کنند و شانس آن را بالا ببرند که دست کم بخشی از آنها زمانی که باکتریها مقابله میکنند زنده بمانند.
این یافته میتواند مسیر تازهای در جستوجوی جایگزینهای آنتیبیوتیکها فراهم کند، آن هم در شرایطی که عفونتهای مقاوم به دارو درمانشان هر روز دشوارتر میشود.
پژوهشگران دانشگاه ایالتی میشیگان بخشهایی از ژنوم باکتریوفاژها را شناسایی کردهاند که تا پیش از این چندان جدی گرفته نمیشد و به عنوان «نقاط داغ» ژنتیکی عمل میکند؛ بخشهایی که به ویروسها اجازه میدهد هنگام تکثیر، ژنهای کلیدی را بارها تغییر دهند.
این موضوع نشان میدهد این نواحی به فاژها کمک میکند در برابر دفاعهای باکتریایی روی چند گزینه تکاملی شرط ببندند. آنها به جای تولید یک جمعیت از ویروسهای کاملا همسان، مجموعه متنوعی از نسلهای دارای ویژگیهای متفاوت میسازند و به این ترتیب احتمال این را بالا میبرند که بخشی از آنها بتوانند همچنان میزبانهای باکتریایی خود را آلوده و نابود کنند.
کریس واترز، نویسنده همکار و عضو هیات علمی برنامه بومشناسی، تکامل و رفتار در دانشگاه ایالتی میشیگان، گفت: «این موضوع درک ما از نحوه تکامل فاژها را تغییر میدهد. آنها به جای آن که میزبانهای خود را برای تولید انبوه نسخههای کاملا یکسان از خودشان تسخیر کنند، در واقع از این نقاط داغ جهشی استفاده میکنند تا یک باغوحش از انواع مختلف بسازند و عملا در حال شرطبندی روی آینده خود هستند.»
راهگریز ژنتیکی
پژوهشگران پس از بررسی یک سامانه دفاعی باکتریایی که میتواند دیانای فاژ مهاجم را شناسایی و نابود کند، به مطالعه باکتریوفاژ T2 پرداختند؛ فاژی که ایکولای را آلوده میکند.
این گروه سامانه دفاعی را در آزمایشگاه به درون باکتری ایکولای منتقل کردند و باکتریها را در معرض فاژها قرار دادند.
اما این حفاظ چندان دوام نیاورد.
واترز گفت: «در عرض چند ساعت، فاژها همیشه شروع میکردند به غلبه بر دفاعهای باکتریایی. ما نمیتوانستیم بفهمیم چرا.»
وقتی پژوهشگران ویروسهای مقاوم را تعیین توالی کردند، مجموعهای از جهشهای تکرارشونده را در ژنی به نام agt یافتند، به ویژه در بخشی از دیانای تکراری. واترز گفت: «وقتی دادهها را دیدم با خودم گفتم، وای خدای من.»
مشخص شد این رشته همان چیزی است که دانشمندان آن را «محل احتمالی» یا contingency locus مینامند؛ ناحیهای بسیار جهشپذیر که در آن دستگاه کپیکردن دیانای هنگام بازتولید توالیهای تکراری ممکن است لغزش کند.
نتیجه، جهش تغییر چارچوب برگشتپذیری است که میتواند نحوه خوانده شدن دستورهای آن ژن را تغییر دهد.
برخی فاژها یک توالی تکراری اضافی به دست میآورند و برخی دیگر یکی را از دست میدهند. حاصل، جمعیتی است شامل نسخههای مختلفی از ویروس که هر یک احتمالا توان متفاوتی برای گریز از دفاعهای باکتریایی دارند.
پژوهشگران دریافتند این نواحی تکراری هزاران برابر سریعتر از سایر بخشهای ژنوم فاژ دچار جهش میشوند.
و این سازوکار تنها به یک ویروس محدود نمیشود.
آنها با استفاده از تکامل آزمایشگاهی و تعیین توالی ژنوم، محلهای احتمالی مشابهی را در فاژ T4 ایکولای پیدا کردند. همچنین دریافتند توالیهای تکراری ساده در طیف گستردهای از فاژهای ایکولای پراکنده است، هرچند فراوانی آنها در ژنهای دارای کارکردهای متفاوت، فرق میکند.
آیا این سازوکار میتواند به درمان سوپرباگها کمک کند؟
این پژوهش در زمانی منتشر میشود که دانشمندان و سیاستگذاران به دنبال جایگزینهایی برای آنتیبیوتیکها هستند.
درمان با فاژ ایده تازهای نیست. فاژها از اوایل دهه ۱۹۲۰ برای درمان عفونتهای باکتریایی به کار گرفته میشدند، اما با فراگیر شدن آنتیبیوتیکهایی مانند پنیسیلین، توجه به این رویکرد کاهش یافت.
اکنون اوجگیری مقاومت ضد میکروبی دوباره این علاقه را زنده کرده است.
بخشی از جذابیت این روش به اختصاصی بودن آن برمیگردد. در حالی که بسیاری از آنتیبیوتیکها علاوه بر عامل بیماریزا میتوانند باکتریهای مفید را نیز از بین ببرند، هر فاژ میتواند برای گونهها یا سویههای خاصی از باکتریها بسیار اختصاصی باشد.
اما همین اختصاصی بودن نقطه ضعف هم هست؛ باکتریها میتوانند در برابر یک فاژ مقاومت تکامل دهند و بالقوه یک درمان را از اثر بیندازند.
یافتههای دانشگاه ایالتی میشیگان این احتمال را مطرح میکند که دانشمندان شاید در نهایت بتوانند از راهبردهای تکاملی خود ویروسها بهره بگیرند تا درمانهای مبتنی بر فاژ را مقاومتر کنند.
واترز گفت: «اگر بتوانیم از این نوع حقههای تکاملی استفاده کنیم، شاید بتوانیم در واکنش به بحران مقاومت در برابر آنتیبیوتیکها، درمانهای فاژی موثرتر و کارآمدتری بسازیم.»
او افزود: «هرگز نخواهیم توانست مقاومت را به طور کامل از میان ببریم، اما اگر بهتر بفهمیم باکتریها چگونه خود را در برابر عفونت با فاژها محافظت میکنند و فاژها چگونه مقابله میکنند، شاید بتوانیم این مقاومت را به حداقل برسانیم.»