Fag dapat merasakan kerusakan DNA bakteri, yang memicu mereka untuk bereplikasi dan melompat. Desain Sel/iStock melalui Getty Images Plus
Setelah lebih dari dua tahun pandemi COVID-19, Anda mungkin membayangkan virus sebagai bola berduri jahat – pembunuh tak berakal yang masuk ke sel dan membajak mesinnya untuk membuat trilyun salinan dirinya sendiri sebelum meledak. Untuk banyak virus, termasuk virus corona yang menyebabkan COVID-19, julukan "pembunuh tanpa pikiran" pada dasarnya benar.
Tapi ada lebih banyak biologi virus daripada yang terlihat.
Ambil HIV, virus yang menyebabkan AIDS. HIV adalah retrovirus yang tidak langsung melakukan pembunuhan saat memasuki sel. Sebaliknya, itu mengintegrasikan dirinya ke dalam kromosom Anda dan kedinginan, menunggu saat yang tepat untuk memerintahkan sel untuk membuat salinannya dan meledak untuk menginfeksi sel kekebalan lainnya dan akhirnya menyebabkan AIDS.
Persisnya saat HIV menunggu masih bidang studi aktif. Tetapi penelitian tentang virus lain telah lama mengisyaratkan bahwa patogen ini bisa sangat "bijaksana" dalam membunuh. Tentu saja, virus tidak bisa berpikir seperti Anda dan saya. Namun, ternyata, evolusi telah memberi mereka beberapa mekanisme pengambilan keputusan yang cukup rumit. Beberapa virus, misalnya, akan memilih untuk meninggalkan sel tempat mereka tinggal jika mereka mendeteksi kerusakan DNA. Bahkan virus, tampaknya, suka tinggal di kapal yang tenggelam.
My laboratorium telah mempelajari biologi molekuler bakteriofag, atau singkatnya fag, virus yang menginfeksi bakteri, selama lebih dari dua dekade. Baru-baru ini, rekan-rekan saya dan saya telah menunjukkan bahwa fag dapat mendengarkan sinyal seluler utama untuk membantu mereka dalam pengambilan keputusan. Lebih buruk lagi, mereka dapat menggunakan "telinga" sel itu sendiri untuk mendengarkan mereka.
Melarikan diri dari kerusakan DNA
Jika musuh dari musuh Anda adalah teman Anda, fag tentu saja adalah teman Anda. Fag mengendalikan populasi bakteri di alam, dan dokter semakin menggunakannya untuk mengobati infeksi bakteri yang tidak berespon terhadap antibiotik.
Fag yang dipelajari terbaik, lambda, bekerja sedikit seperti HIV. Saat memasuki sel bakteri, lambda memutuskan apakah akan mereplikasi dan membunuh sel secara langsung, seperti kebanyakan virus, atau mengintegrasikan dirinya ke dalam kromosom sel, seperti yang dilakukan HIV. Jika yang terakhir, lambda tidak berbahaya bereplikasi dengan inangnya setiap kali bakteri membelah.
Video ini menunjukkan fag lambda yang menginfeksi E. coli.
Tapi, seperti HIV, lambda tidak hanya duduk diam. Ia menggunakan protein khusus yang disebut CI seperti stetoskop untuk mendengarkan tanda-tanda kerusakan DNA di dalam sel bakteri. Jika DNA bakteri dikompromikan, itu berita buruk bagi fag lambda yang bersarang di dalamnya. DNA yang rusak mengarah langsung ke tempat pembuangan evolusi karena tidak berguna bagi fag yang membutuhkannya untuk bereproduksi. Jadi lambda menyalakan gen replikasinya, membuat salinan dirinya sendiri dan keluar dari sel untuk mencari sel yang tidak rusak untuk diinfeksi.
Menyadap sistem komunikasi sel
Beberapa fag, alih-alih mengumpulkan intel dengan protein mereka sendiri, mengetuk sensor kerusakan DNA sel yang terinfeksi: LexA.
Protein seperti CI dan LexA adalah faktor transkripsi yang menghidupkan dan mematikan gen dengan mengikat pola genetik tertentu dalam buku instruksi DNA yaitu kromosom. Beberapa fag seperti Coliphage 186 telah menemukan bahwa mereka tidak memerlukan protein CI virus mereka sendiri jika mereka memiliki urutan DNA pendek dalam kromosom mereka yang dapat diikat oleh bakteri LexA. Setelah mendeteksi kerusakan DNA, LexA akan mengaktifkan gen replikasi-dan-bunuh fag, yang pada dasarnya menggandakan sel untuk melakukan bunuh diri sambil membiarkan fag melarikan diri.
Para ilmuwan pertama kali melaporkan peran CI dalam pengambilan keputusan fag di 1980s dan trik kontra intelijen Coliphage 186 di akhir tahun 1990-an. Sejak itu, ada beberapa laporan lain tentang fag yang menyadap sistem komunikasi bakteri. Salah satu contohnya adalah fag phi29, yang memanfaatkan faktor transkripsi inangnya untuk mendeteksi kapan bakteri bersiap untuk menghasilkan spora, atau sejenis telur bakteri mampu bertahan di lingkungan yang ekstrem. Phi29 menginstruksikan sel untuk mengemas DNA-nya ke dalam spora, membunuh bakteri yang bertunas begitu spora berkecambah.
Faktor transkripsi menghidupkan dan mematikan gen.
Dalam kami baru-baru ini menerbitkan penelitian, rekan saya dan saya menunjukkan bahwa beberapa kelompok fag telah secara independen mengembangkan kemampuan untuk memasuki sistem komunikasi bakteri lain: protein CtrA. CtrA mengintegrasikan beberapa sinyal internal dan eksternal untuk menggerakkan proses perkembangan yang berbeda pada bakteri. Kunci di antaranya adalah produksi pelengkap bakteri yang disebut flagela dan pili. Ternyata, fag ini menempel pada pili dan flagela bakteri untuk menginfeksi mereka.
Hipotesis utama kami adalah bahwa fag menggunakan CtrA untuk menebak kapan akan ada cukup banyak bakteri di dekat pili dan flagela olahraga yang dapat dengan mudah mereka infeksi. Trik yang cukup cerdas untuk "pembunuh yang tidak berakal".
Ini bukan satu-satunya fag yang membuat keputusan rumit – semua tanpa manfaat bahkan memiliki otak. Beberapa fag yang menginfeksi Basil bakteri menghasilkan molekul kecil setiap kali mereka menginfeksi sel. Fag dapat merasakan molekul ini dan menggunakannya untuk menghitung jumlah infeksi fag berlangsung di sekitar mereka. Seperti penyerbu asing, jumlah ini membantu memutuskan kapan mereka harus mengaktifkan gen ulangan-dan-bunuh mereka, membunuh hanya ketika inang relatif berlimpah. Dengan cara ini, fag memastikan bahwa mereka tidak pernah kehabisan inang untuk menginfeksi dan menjamin kelangsungan hidup jangka panjang mereka sendiri.
Melawan kontra intelijen virus
Anda mungkin bertanya-tanya mengapa Anda harus peduli dengan operasi kontra intelijen yang dijalankan oleh virus bakteri. Sementara bakteri sangat berbeda dari manusia, virus yang menginfeksi mereka adalah tidak jauh berbeda dari virus yang menginfeksi manusia. Kurang lebih setiap trik dimainkan oleh fag kemudian terbukti digunakan oleh virus manusia. Jika fag dapat menyadap saluran komunikasi bakteri, mengapa virus manusia tidak dapat menyadap saluran komunikasi Anda?
Sejauh ini, para peneliti tidak tahu apa yang bisa didengar oleh virus manusia jika mereka membajak jalur ini, tetapi banyak pilihan muncul di benak. Saya percaya bahwa, seperti fag, virus manusia berpotensi dapat menghitung jumlahnya untuk menyusun strategi, mendeteksi pertumbuhan sel dan pembentukan jaringan, dan bahkan memantau respons imun. Untuk saat ini, kemungkinan ini hanya spekulasi, tetapi penyelidikan ilmiah sedang berlangsung.
Memiliki virus yang mendengarkan percakapan pribadi sel Anda bukanlah gambar yang paling bagus, tetapi bukan tanpa lapisan perak. Seperti yang diketahui dengan baik oleh badan-badan intelijen di seluruh dunia, kontra-intelijen hanya bekerja jika itu terselubung. Setelah terdeteksi, sistem dapat dengan mudah dieksploitasi untuk memberi informasi yang salah kepada musuh Anda. Demikian pula, saya percaya bahwa terapi antivirus di masa depan mungkin dapat menggabungkan artileri konvensional, seperti antivirus yang mencegah replikasi virus, dengan tipu daya perang informasi, seperti membuat virus percaya bahwa selnya adalah milik jaringan yang berbeda.
Tapi, diam, jangan beri tahu siapa pun. Virus bisa mendengarkan!
Tentang Penulis
Ivan Eril, Associate Professor Ilmu Biologi, Universitas Maryland, Baltimore County
Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.
Buku terkait:
Tubuh Menjaga Skor: Otak Pikiran dan Tubuh dalam Penyembuhan Trauma
oleh Bessel van der Kolk
Buku ini mengeksplorasi hubungan antara trauma dan kesehatan fisik dan mental, menawarkan wawasan dan strategi untuk penyembuhan dan pemulihan.
Klik untuk info lebih lanjut atau untuk memesan
Napas: Ilmu Baru Seni yang Hilang
oleh James Nestor
Buku ini mengeksplorasi ilmu dan praktik pernapasan, menawarkan wawasan dan teknik untuk meningkatkan kesehatan fisik dan mental.
Klik untuk info lebih lanjut atau untuk memesan
Paradoks Tumbuhan: Bahaya Tersembunyi dalam Makanan "Sehat" yang Menyebabkan Penyakit dan Kenaikan Berat Badan
oleh Steven R. Gundry
Buku ini mengeksplorasi hubungan antara diet, kesehatan, dan penyakit, menawarkan wawasan dan strategi untuk meningkatkan kesehatan dan kebugaran secara keseluruhan.
Klik untuk info lebih lanjut atau untuk memesan
Kode Imunitas: Paradigma Baru untuk Kesehatan Sejati dan Anti Penuaan Radikal
oleh Joel Greene
Buku ini menawarkan perspektif baru tentang kesehatan dan kekebalan, berdasarkan prinsip-prinsip epigenetik dan menawarkan wawasan dan strategi untuk mengoptimalkan kesehatan dan penuaan.
Klik untuk info lebih lanjut atau untuk memesan
Panduan Puasa Lengkap: Sembuhkan Tubuh Anda Melalui Puasa Intermiten, Hari Alternatif, dan Perpanjangan
oleh Dr. Jason Fung dan Jimmy Moore
Buku ini mengeksplorasi ilmu dan praktik puasa yang menawarkan wawasan dan strategi untuk meningkatkan kesehatan dan kebugaran secara keseluruhan.
