Bakterier bruger overraskende forsvarsmekanisme til at beskytte sig mod virusangreb

Forestil dig en by, der er under konstant angreb. Byens forsvarssystem består af et avanceret raketskjold, som er i stand til at neutralisere angreb, før de kan nå at forårsage skader.

Bakterier har det lidt på samme måde. For hver bakterie, der findes – gavnlige såvel som skadelige – er der omkring 10 virusser også kaldet bakteriofager. Hver eneste virus er designet til at angribe og trænge ind i bakterier, hvilket kan føre til infektion i de bakterier, som er gavnlige for kroppen, og medvirke til antibiotikaresistens over for skadelige bakterier.

Et nyt studie fra Københavns Universitet viser, at bakterier bruger en forsvarsmekanisme kaldet Zorya til at beskytte sig mod virusangreb. Ligesom raketskjoldet fra tidligere er Zorya i stand til at opfange virusangreb og ødelægge virussens DNA, før den kan nå at reproducere sig selv.

”Mange af kroppens forsvarsmekanismer fører til celledød, idet cellen vælger at ofre og tilintetgøre sig selv for at forhindre indtrængende virus i at sprede sig til andre celler. Vi var derfor overraskede over at se, at Zoryasystemet løser problemet helt uden at skade cellen. Det er naturligvis en stor fordel for cellen, som på den måde overlever virusangrebet,” forklarer lektor og gruppeleder Nicholas Taylor fra Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, som er medforfatter til det nye studie.

Studiet er et samarbejde mellem forskere fra Humboldt-Universität zu Berlin i Tyskland, University of Otago i New Zealand, ETH Zürich i Schweiz og Oxford University i England.

Kan føre til bedre behandling

Studiet viser, at bakterier kan tilpasse deres molekylære maskineri med henblik på at afværge virusangreb. Det er viden, som vi kan udnytte inden for eksempelvis bioteknologi og lægemiddeldesign.

”Vores kortlægning af Zoryasystemet, og hvordan det er i stand til at opfange og bekæmpe bakteriofager i de tidligste stadier af en infektion, repræsenterer banebrydende ny viden om denne forsvarsmekanisme,” siger Nicholas Taylor.

Han forklarer, at den nye indsigt ikke blot øger forskernes forståelse af bakterielle forsvarsmekanismer. Den kan også vise sig afgørende i arbejdet med at udvikle nye metoder til behandling af antibiotikaresistente infektioner, kunstige, antivirale systemer såvel som lægemidler, der kan blokere for skadelige bakteriers forsvarsmekanismer og dermed øge effektiviteten af klinisk behandling. Det kan især vise sig at være afgørende i kampen mod antibiotikaresistens.

“Derudover kan vores resultater muligvis medvirke til udvikling af antivirale forsvarsmekanismer, der er i stand til at opfange virusinfektioner,” siger Haidai Hu, som er førsteforfatter til det nye studie.

Et væld af avanceret teknologi

For at forstå, hvordan Zoryasystemet fungerer, anvendte forskerne en række avancerede teknikker, heriblandt kryo-elektronmikroskopi, som gør det muligt at se helt små strukturer, mutagenese, som involverer at ændre på gener, så man kan undersøge deres funktion, og fluorescensmikroskopi, som ved hjælp af et særligt lys gør det muligt at se ind i celler. De brugte også bl.a. proteomik – eller proteinforskning.

“Vi isolerede Zoryasystemets gener – ZorAB, ZorC og ZorD – og overførte dem til bakterier, som ikke er udstyret med systemet. De modificerede bakterier viste sig at være særligt gode til at forsvare sig mod virusinfektioner. Zoryasystemet er med andre ord i stand til at bekæmpe virusser, uden at cellen dør,” siger Nicholas Taylor.

”Vi brugte kryo-elektronmikroskopi til at undersøge ZorAB, som bedst kan beskrives som en lillebitte motor, der kører på protoner. Motoren hjælper bakterier med at opfange virusangreb og sender signaler, der aktiverer andre dele af Zoryasystemet, som så går i gang med at ødelægge virussens DNA, hvilket forhindrer den i at sprede sig.”

Studiet repræsenterer et vigtigt fremskridt i forskernes forståelse af bakteriers forsvarsmekanismer. Næste skridt er at undersøge Zoryasystemet yderligere og belyse dets bioteknologiske og medicinske potentiale.

Studiet ”Structure and mechanism of the Zorya anti-phage defense system” er udgiver i Nature.