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Wissenschaftler haben das möglicherweise erste „Vampir“-Virus entdeckt


Wissenschaftler haben das möglicherweise erste „Vampir“-Virus entdeckt

Im März 2020 sah Tagide deCarvalho etwas wirklich Seltsames – etwas, von dem sie glaubt, dass kein anderer Wissenschaftler es jemals zuvor gesehen hat: ein Virus, an dessen „Hals“ ein anderes, kleineres Virus befestigt war. Die Hintergrundgeschichte dieser viralen Bindung ist wie eine Meisterklasse darüber, wie wild und seltsam die Biologie sein kann.

Bei den beiden Mikroben handelt es sich um Bakteriophagen, Viren, die Bakterien infizieren und die aus einem Erdklumpen in Poolesville, Maryland, geerntet wurden. Bakteriophagen, auch einfach Phagen genannt, gehören zu den am häufigsten vorkommenden Organismen auf der Erde. In einem Gramm Schmutz können Millionen stecken.

Aber mit einem speziellen Mikroskop, das einen Elektronenstrahl nutzt, um Bilder aufzunehmen, so deCarvalho Ich war Zeuge eines wirklich bizarren Moments – ein bisschen wie ein Naturfotograf, der ein Tierverhalten einfängt, mit dem niemand gerechnet hatte.

„Ich konnte buchstäblich sehen, dass Hunderte von ihnen diesen kleinen Kerl am Hals befestigt hatten, und das war eindeutig kein Zufall“, sagte deCarvalho, der die Keith R. Porter Imaging Facility an der University of Maryland im Baltimore County leitet. „Wir wissen, dass Viren einige erstaunliche und interessante Dinge tun können. Aber das ist nur eine weitere neue Sache, von der niemand hätte vorhersagen können, dass wir sie sehen würden.“

In einer aktuellen Studie im Journal of the International Society for Microbial Ecology erklären deCarvalho und Kollegen, wie das virale Odd Couple wahrscheinlich entstanden ist. Das kleine Virus namens MiniFlayer hat die Fähigkeit verloren, Kopien von sich selbst in Zellen anzufertigen, wodurch sich Viren vermehren. Also hat die Evolution eine clevere, parasitäre Lösung gefunden. MiniFlayer macht sich einen anderen Virus namens MindFlayer zunutze, indem er sich an dessen Hals festhält, und wenn sie gemeinsam in Zellen eindringen, nutzt MiniFlayer die genetische Maschinerie seines Begleiters, um sich zu vermehren.

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Ist es eine Umarmung? Ein Würgegriff? DeCarvalho vergleicht den Zusammenhang mit viralem Trampen. Ihr Mitarbeiter Ivan Erill, ein Computerbiologe am UMBC, vergleicht es mit einem Vampir, der seine Zähne in seine Beute schlägt. Es ist keine perfekte Analogie, aber er stellt fest, dass sie manchmal, wenn sie MindFlayer alleine finden, „Bissspuren“ finden, an denen die Ranken von MiniFlayer befestigt waren.

„Viren können alles tun. Sie sind die kreativste Kraft der Natur“, sagte Erill. „Wenn etwas möglich ist, werden sie einen Weg finden, es zu tun. Aber niemand hatte damit gerechnet, dass sie so etwas tun würden.“

Das seltsame Universum der Viren

Die Entdeckung begann mit einem Grundkurs, in dem den Schülern grundlegende Labortechniken vermittelt werden sollten. Dabei wurden sie aufgefordert, Phagen aus Bodenproben zu isolieren und sie mithilfe der Genetik zu untersuchen. DeCarvalho arbeitet seit sieben Jahren mit dem Programm und sagt, dass für viele Schüler der Anblick des Phagen ein aufregender Moment sei, so wie wenn werdende Eltern zum ersten Mal den Ultraschall eines Fötus sehen.

In diesem Fall isolierten die Studenten Jenell Lewis und Hira Ahmed 2019 ihren Phagen MindFlayer und gaben ihm den Namen. Doch die Genomsequenzierung lieferte rätselhafte Ergebnisse, die auf eine Art Kontamination schließen lassen. Als deCarvalho es mit einem Mikroskop betrachtete, bemerkte sie nicht einen Phagen, sondern zwei.

Die „Virosphäre“, wie Wissenschaftler das seltsame Universum der Viren nennen, enthält bekanntermaßen Elemente, die „Satelliten“ genannt werden und ihre Fähigkeit zur Replikation in Zellen verloren haben. Normalerweise überwinden Satelliten diesen Mangel, indem sie sich in das Genom der Zellen integrieren, die sie infizieren. Dort lauern sie, bis zufällig ein anderer Virus, ein „Helfer“, der über die fehlenden Inhaltsstoffe verfügt, in die Zelle eindringt. Die Satelliten nutzen dann die Gelegenheit, um Kopien von sich selbst anzufertigen.

MiniFlayer ist ein Satellit, aber im Gegensatz zur typischen Version kann er sich nicht in Zellen verstecken. Das stellt ein Rätsel dar: Wie stellt man sicher, dass es gleichzeitig mit seinem Helfer in der Zelle landet?

„Was dieser Virus getan hat, ist zu sagen: Okay, ich werde mich an meinen Helfer heften, an seinen Hals – und mit meinem Helfer reisen, bis wir eine neue Zelle finden“, sagte Erill.

Dies ist in der Mikrobiologie selbstverständlich, wo Taktiken wie molekulare Piraterie und Entführung über Millionen von Jahren der Evolution verfeinert wurden. Bakterien sind ihren viralen Fressfeinden weit überlegen, was sie in ein andauerndes evolutionäres Wettrüsten versetzt. Bakterien entwickeln Abwehrkräfte und virale Phagen entwickeln Gegenverteidigungsstrategien. Phagen parasitieren andere Phagen.

Forscher sind daran interessiert, Phagen, die natürlichen Feinde von Bakterien, als Medizin einzusetzen. Mit der Phagentherapie können schädliche Infektionen bekämpft werden, ein Ansatz, der an Bedeutung gewinnen könnte, da antibiotikaresistente Bakterien zu einer wachsenden Bedrohung geworden sind.

Terje Dokland, Mikrobiologieprofessor an der University of Alabama in Birmingham, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, die Beobachtung der beiden aneinandergefügten Phagen sei „faszinierend“, forderte jedoch mehr Bilder und Forschung, um fundiertere Schlussfolgerungen über die Wechselwirkung zu ziehen herauszufinden, ob die beiden Viren tatsächlich Zellen koinfizieren.

Die Autoren hoffen, mit Gruppen zusammenzuarbeiten, die eine andere Form der Elektronenmikroskopie verwenden, um das Geschehen besser zu verstehen. Im Gegensatz zu einem Vampir, betont deCarvalho, saugt der MiniFlayer nichts aus MindFlayer heraus.

„Wir wissen nicht, ob der Satellit seine DNA in den Helfer injiziert oder ob er nur eine Runde mitfährt und dann abfällt, wie eine Zecke“, sagte deCarvalho. „Hoffentlich wird jemand anderes diese Arbeit aufgreifen und diese wirklich interessante Frage herausfinden.“

Wissenschaftler haben das möglicherweise erste „Vampir“-Virus entdeckt

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