Wederopwekkende oude proteïnen wakkeren de aanvalsplannen van virussen aan

Anonim

Wederopwekkende oude proteïnen wakkeren de aanvalsplannen van virussen aan

Biologie

Lisa-Ann Lee

11 mei 2017

2 afbeeldingen

In een proof-of-conceptstudie hebben wetenschappers van de Universiteit van Granada aangetoond hoe een voorouderlijk eiwit dateert al in vier miljard jaar, E. coli kan beschermen tegen een bacterie-infecterend virus (Credit: University of Granada)

In een conventionele wapenwedloop is het verzamelen van de meest geavanceerde intel en wapens een manier om de vijand voor te blijven. Maar in de voortdurende evolutionaire strijd tussen gastheercellen en virussen, hebben wetenschappers in Spanje ontdekt dat het antwoord op vooruitgang in deze oorlog kan liggen in het nemen van een stap terug in de tijd - helemaal tot aan het vroege begin van het leven.

Wanneer een virus een cel infecteert, kaapt het de eiwitten van de gastheer om zichzelf te repliceren. Dus waarom deze eiwitten niet deactiveren om ze te beschermen tegen infecties? Dat is omdat ze nodig zijn in verschillende cellulaire functies in de host en ze kunnen beschadigen.

In het licht hiervan besloten Jose Sanchez-Ruiz en zijn team aan de Universiteit van Granada een andere boeg te proberen door een van deze eiwitten te vervangen door een voorouderlijke versie. Hun hypothese was dat sinds moderne pathogenen samen met de eiwitten hebben ontwikkeld tot wat ze nu zijn, deze oude varianten op een evolutionaire schaal te ver weg zijn om te coöpteren. Tegelijkertijd zouden deze voorouderlijke eiwitten geen nadelige effecten op de cel hebben. Met andere woorden, ze zouden de weerstand van virussen kunnen verhogen zonder de gastheer te schaden.

De onderzoekers besloten om zich te concentreren op het eiwit thioredoxine, een belangrijke speler in cellulaire reacties en een die al bestaat sinds de oorsprong van het leven. Wat nog belangrijker is, het is een van de eiwitten die een virus rekruteert in zijn command-and-conquer-missie. Zonder dit kan het virus zichzelf niet repliceren.

In hun experimenten creëerden de onderzoekers zeven varianten van primordiale thioredoxins die geplukt waren uit vier miljard jaar evolutie en waren verrast dat ze in staat waren om te functioneren in moderne E. coli-bacteriën, zij het met wisselend succes. Volgens de studie was de thioredoxine die terugging tot ongeveer 2, 5 miljard jaar het meest stabiel.

"Het moderne organisme is een compleet andere cellulaire omgeving", legt onderzoeker Asunción Delgado uit, die de experimenten leidde. "Voorouder thioredoxinen hadden verschillende moleculaire partners, verschillend van alles: hoe verder we terugkomen van heden, hoe minder ze werken in een modern organisme, maar zelfs wanneer we teruggaan naar de oorsprong van het leven, tonen ze nog steeds wat functionaliteit. "

Wat nog belangrijker is, toen de onderzoekers het virus T7 introduceerden aan de veranderde bacteriën, ontdekten ze dat het niet in staat was het primordiale thioredoxine te kapen en zichzelf te repliceren, waardoor hun hypothese werd bewezen.

Aan de linkerkant: een virus infecteert een cel maar kan zichzelf niet repliceren omdat het het voorouderlijke eiwit niet kan kapen; Aan de rechterkant: wat gebeurt er tijdens het infectieproces in een ongewijzigde cel; het barst uiteindelijk waardoor de nieuw gevormde virusdeeltjes andere cellen kunnen binnenvallen (Credit: Jose Sanchez-Ruiz)

Senior auteur Sanchez-Ruiz vergelijkt de co-evolutie van ziekteverwekker en gastheer als een "wapenwedloop", een race waarin de laatste op het verliezende einde verkeert vanwege zijn onvermogen om virale kapingen te omzeilen. "Thioredoxin is in evolutie aan het veranderen om te voorkomen dat het door het virus wordt gekaapt en het virus is geëvolueerd om het eiwit te kapen, " zegt hij, eraan toevoegend dat teruggaan in de tijd en het opleven van oude eiwitten wetenschappers in staat stellen om "alle de virusstrategie. "

Een gebied dat zij zien profiteren van deze ontdekking is de landbouw. Hoewel mensen die virussen infecteren de neiging hebben om alle aandacht te krijgen, veroorzaken ziektekiemen die ziektekiemen doden, veel meer schade in de vorm van hongersnoden en massale hongersnood, wijzen ze erop. Volgens de Voedsel- en Landbouworganisatie gaat naar schatting 20 tot 40 procent van de gewassen in de wereld elk jaar verloren als gevolg van schade veroorzaakt door plagen en ziekten. Afgezien van het helpen verhogen van virale resistentie, zeggen de onderzoekers van de Universiteit van Granada dat het gebruik van voorouderlijke varianten van eiwitten ook nog een ander voordeel biedt: het kan helpen bij het voorkomen van het doden van gewassen, zonder drastisch verschillende elementen te introduceren.

"Als dit op planten wordt toegepast, zijn het geen genen van oude bacteriën.

het zou de voorouderlijke versie van een gen uit dezelfde plant zijn, "zegt Sanchez-Ruiz." Dit is natuurlijk genetische verandering, maar het is een milde genetische verandering. Dit is niet hetzelfde als een gen van een soort laten overzetten op een andere soort. Dit zou ook niet zoals Jurassic Park zijn. Het zou gewoon een relatief kleine verandering in een gen zijn dat de plant al heeft. "

Anderzijds kunnen verdere studies ook licht werpen op hoe evolutie op moleculair niveau werkt. "Wat we kunnen doen is het virus laten evolueren om zich aan te passen aan het eiwit van de voorouders en dan het experiment in omgekeerde richting uit te voeren, " zegt Sanchez-Ruiz. "Zodra het is aangepast aan het voorouderlijke eiwit, kunnen we testen hoe het reageert op het moderne eiwit .We kunnen zien of het de evolutie herhaalt. Dus het zou een beetje een moleculaire versie van deze Stephen J. Gould zijn ' het herhalen van de tape of life 'idea. "

Het onderzoek is gepubliceerd in Cell Reports .

Bronnen: Universiteit van Granada (in het Spaans); Cell Press via Phys.org

In een proof-of-conceptstudie hebben wetenschappers van de Universiteit van Granada aangetoond hoe een voorouderlijk eiwit dateert al in vier miljard jaar, E. coli kan beschermen tegen een bacterie-infecterend virus (Credit: University of Granada)

Aan de linkerkant: een virus infecteert een cel maar kan zichzelf niet repliceren omdat het het voorouderlijke eiwit niet kan kapen; Aan de rechterkant: wat gebeurt er tijdens het infectieproces in een ongewijzigde cel; het barst uiteindelijk waardoor de nieuw gevormde virusdeeltjes andere cellen kunnen binnenvallen (Credit: Jose Sanchez-Ruiz)