ویروس ها کلاهبرداری می کنند – پیشتاز

به گزارش پیشتاز، از زمانی که ویروس ها در اواخر دهه 1800 شناخته شدند، دانشمندان آنها را از بقیه اشکال حیات متمایز کردند. ویروس ها به مراتب کوچک تر از سلول ها بودند و در داخل پوسته های پروتیینی شان چیزی بیشتر از ژن ها را حمل می کردند. آنها نمی توانستند رشد کنند، ژن های خود را کپی کنند یا کارهای زیادی انجام دهند. محققان فرض را بر این گذاشتند که هر ویروس یک ذره منفرد است که به تنهایی در جهان حرکت می کند و تنها در صورتی قادر به تکثیر است که به سلول مناسبی برخورد کند که بتواند از آن استفاده کند.

به نقل از پیشتاز، مارکو ویگنزی (Marco Vignuzzi)، ویروس شناس در آزمایشگاه های بیماری های عفونی آژانس علوم، تحقیقات و فناوری سنگاپور، می گوید که این سادگی همان چیزی بود که در وهله اول بسیاری از دانشمندان را به سمت ویروس ها جذب کرد.

ما سعی می کردیم تقلیل گرا باشیم و تقلیل گرایی نتیجه داد. مطالعات روی ویروس ها برای تولد زیست شناسی مدرن بسیار مهم بود. آنها با نداشتن پیچیدگی سلولی، قوانین اساسی در مورد نحوه عملکرد ژن ها را آشکار کردند. اما تقلیل گرایی ویروسی هزینه ای هم به همراه داشت، ویگنزی می گوید: با فرض ساده بودن ویروس ها، این احتمال که ممکن است به روش هایی که هنوز درباره آن ها نمی دانیم نیز پیچیدگی داشته باشند، نادیده گرفتیم.

برای مثال، اگر ویروس ها را بسته های مجزایی از ژن ها در نظر بگیریم، تصور اینکه آنها زندگی اجتماعی داشته باشند، بی معنی خواهد بود. اما ویگنزی و یک مکتب جدید از ویروس شناسان همفکرش، آن را اصلا بی معنی نمی دانند. در دهه های اخیر، آن ها برخی از مشخصه های عجیب ویروس ها را کشف کرده اند که اگر ویروس ها را ذراتی تنها در نظر بگیریم، این مشخصه ها معنایی نخواهند داشت. آنها در حال کشف دنیای اجتماعی پیچیده ای از ویروس ها هستند. جامعه ویروس شناسان، معتقدند که ویروس ها تنها به عنوان عضوی از یک جامعه معنا پیدا می کنند.

مسلما، زندگی اجتماعی ویروس ها کاملا شبیه زندگی سایر گونه ها نیست. ویروس ها مانند انسان ها سلفی در رسانه های اجتماعی پست نمی کنند، در بانک های مواد غذایی داوطلب نمی شوند و مرتکب سرقت هویت نمی شوند. برای تغذیه ملکه خود مانند زنبور عسل شهد جمع آوری نمی کنند. با این وجود، جامعه ویروس شناسان معتقدند که ویروس ها تقلب می کنند، همکاری می کنند و به روش های دیگری با ویروس های همکار خود تعامل دارند.

برخی از مهم ترین شواهد زندگی اجتماعی ویروس ها برای نزدیک به یک قرن در معرض دید عموم قرار داشته است. پس از کشف ویروس آنفلوانزا در اوایل دهه 1930، دانشمندان کشف کردند که چگونه می توانند با تزریق آن به تخم مرغ ذخایر این ویروس را پرورش دهند. سپس محققان توانستند از ویروس های جدید برای آلوده کردن حیوانات آزمایشگاهی برای تحقیق استفاده کنند.

در اواخر دهه 1940، ویروس شناس دانمارکی پربن فون مگنوس (Preben von Magnus) در حال رشد ویروس بود که متوجه مورد عجیبی شد. بسیاری از ویروس های تولید شده در یک تخم مرغ وقتی به تخم مرغ دیگر تزریق می شدند نمی توانستند تکثیر شوند. در چرخه سوم انتقال، تنها یکی از هر 10 هزار ویروس همچنان می توانست تکثیر شود. اما در چرخه های بعدی، ویروس های معیوب نادرتر شدند و ویروس های در حال تکثیر دوباره برگشتند. فون مگنوس به این نتیجه رسید که ویروس هایی که نمی توانند تکثیر شوند، به پایان کار خود نرسیده اند و بنابراین آنها را «ناقص» خواند.

در سال های بعد، ویروس شناسان رونق و سقوط ویروس های ناقص را «اثر فون مگنوس» نامیدند. این موضوع برای آنها مهم بود. از آنجایی که هیچ کس ویروس های ناقص را خارج از محیط کشت آزمایشگاهی ندیده بود، ویروس شناسان تشخیص دادند که این ویروس ها مصنوعی هستند و راه هایی برای خلاص شدن از شر آن ها ارایه کردند.

سام دیاز مونوز (Sam Díaz-Muñoz)، ویروس شناس در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، با یادآوری دیدگاه رایج در این زمینه، گفت: شما باید آنها را از ذخایر آزمایشگاهی خود حذف کنید، زیرا نمی خواهید در آزمایش های شما دخالت کنند. زیرا این ها «طبیعی» نیستند.

محققان در دهه 1960 مشاهده کردند که ژنوم ویروس ناقص کوتاه تر از ژنوم ویروس های معمولی است. این یافته دیدگاه بسیاری از ویروس شناسان را بهبود بخشید. آنها دریافتند که ویروس های ناقص، عجیب و غریب و فاقد ژن های مورد نیاز برای تکثیر هستند. اما در دهه 2010، فناوری ارزان و قدرتمند توالی یابی ژنی مشخص کرد که ویروس های ناقص اتفاقا در بدن ما فراوان هستند.

در یک مطالعه که در سال 2013 منتشر شد، محققان دانشگاه پیتسبورگ از بینی و دهان افراد مبتلا به آنفلوانزا نمونه برداری کردند. آن ها مواد ژنتیکی ویروس های آنفلوانزا را از نمونه ها بیرون کشیدند و متوجه شدند که برخی از ویروس ها فاقد ژن هستند. این ویروس های کوتاه قد زمانی به وجود آمدند که سلول های آلوده، ژنوم یک ویروس کارآمد را به اشتباه کپی کردند و به طور تصادفی بخش هایی از ژن ها را نادیده گرفتند.

مطالعات دیگر این کشف را تایید کرد. آنها همچنین راه های دیگری را برای تشکیل ویروس های ناقص نشان دادند. به عنوان مثال، برخی از انواع ویروس ها ژنوم های مخدوش را حمل می کنند. در این موارد، یک سلول آلوده شروع به کپی از یک ژنوم ویروسی می کند تا قسمتی از آن را معکوس کند. سایر ویروس های ناقص زمانی تشکیل می شوند که جهش ها توالی یک ژن را مختل می کنند به طوری که دیگر نمی تواند یک پروتیین کاربردی بسازد.

این مطالعات این فرض قدیمی را که ویروس های ناقص فون مگنوس تنها نمونه های آزمایشگاهی هستند، از بین برد. دیاز مونوز گفت: آنها بخشی طبیعی از زیستی شناسی ویروس هستند.

آنفلوانزا منحصر به فرد نیست. بسیاری از ویروس ها به اشکال ناقص وجود دارند و ویروس های ناقص اکثر ویروس های موجود در افراد مبتلا به عفونت هایی مانند ویروس سنسیشیال تنفسی (RSV) و سرخک را تشکیل می دهند.

دانشمندان همچنین نام های جدیدی برای ویروس های ناقص فون مگنوس ارایه کرده اند. برخی آنها را «ذرات تداخلی معیوب» می نامند. دیگران آنها را «ژنوم های ویروسی غیر استاندارد» می نامند.

دیاز مونوز و همکارانش نام دیگری برای آنها انتخاب کردند و آن ویروس های فریبکار است.

فریبکاری ویروسی

ویروس های ناقص معمولا می توانند وارد سلول ها شوند، اما وقتی وارد سلول ها شوند، نمی توانند خود به خود تکثیر شوند. آن ها فاقد برخی از ژن های ضروری برای ربودن ماشین های پروتیین ساز میزبان خود هستند، مانند ژنی که به عنوان پلیمراز شناخته می شود. برای کپی، آنها باید فریبکاری کنند. آنها باید از ویروس همکار خود سوء استفاده کنند.

خوشبختانه برای ویروس های فریبکار، سلول ها اغلب توسط بیش از یک ژنوم ویروسی آلوده می شوند. اگر یک ویروس توانمند در سلولی که یک ویروس فریبکار درون آن قرار دارد ظاهر شود، پلیمراز می سازد. سپس ویروس فریبکار می تواند پلیمرازهای ویروس دیگر را برای کپی ژن های خودش قرض بگیرد.

در چنین سلولی، دو ویروس برای ساختن بیشترین نسخه از ژنوم خود به رقابت می پردازند. ویروس فریبکار یک مزیت دارد. این ویروس مواد ژنتیکی کمتری برای تکثیر دارد. بنابراین پلیمراز یک ژنوم ناقص را سریع تر از یک ژنوم کامل کپی می کند.

مرز بین آنها در طول یک عفونت حتی بزرگتر می شود، زیرا ویروس های ناقص و ویروس های کارآمد از سلولی به سلول دیگر حرکت می کنند. اشر لیکس (Asher Leeks)، که به عنوان دانشجوی فوق دکتری در دانشگاه ییل، تکامل اجتماعی در ویروس ها را مطالعه می کند، می گوید: اگر نصف دیگری طول داشته باشید، به این معنا نیست که دو برابر مزیت خواهید داشت. این می تواند به این معنی باشد که شما از مزیت هزاران برابری یا بیشتر برخوردار خواهید شد.

سایر ویروس های فریبکار پلیمرازهای فعال دارند، اما فاقد ژن هایی برای ساخت پوسته های پروتیینی برای محصور کردن مواد ژنتیکی خود هستند. آنها در انتظار یک ویروس کارآمد، می مانند تا تکثیر شود و سپس ژنوم خود را به داخل پوسته هایی که تولید شده است می ریزند. برخی از مطالعات نشان می دهد که ژنوم های فریبکار ممکن است بتوانند سریعتر از ژنوم های ویروس کارآمد وارد پوسته پروتیینی شوند.

هر استراتژی که یک ویروس ناقص برای تکثیر استفاده کند، نتیجه یکسان است. این ویروس ها هزینه همکاری را پرداخت نمی کنند، حتی اگر از سایر ویروس های همکار خود سوء استفاده کنند.

دیاز مونوز می گوید: یک ویروس فریبکار به تنهایی ضعیف عمل می کند، در رابطه با ویروس دیگری بهتر عمل می کند، و اگر فریبکاران زیادی وجود داشته باشد، کسی نیست که از آن سوءاستفاده کنند. از دیدگاه تکاملی، این تنها چیزی است که برای تعریف فریبکاران نیاز دارید.

بخش آخر این تعریف یک معما را مطرح می کند. اگر فریبکاران بسیار موفق هستند پس باید ویروس ها را به سمت انقراض سوق دهند. از آنجایی که نسل های ویروس از سلول های نشات می گیرند و سلول های جدید را آلوده می کنند، موارد فریبکار باید بیشتر و بیشتر رایج شوند. آنها باید به تکثیر خود ادامه دهند تا زمانی که ویروس های کارآمد ناپدید شوند. بدون هیچ ویروس کارآمدی باقی مانده، فریبکاران نمی توانند به تنهایی تکثیر شوند. کل جمعیت ویروس ها در آن صورت باید به فراموشی سپرده شود.

البته که می دانیم ویروس هایی مانند انفلوانزا به وضوح از این انقراض سریع فرار می کنند، و بنابراین باید در زندگی اجتماعی آنها چیزی بیش از یک مارپیچ مرگ ناشی از فریبکاری وجود داشته باشد. کارولینا لوپز (Carolina López)، ویروس شناس در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوییس، معتقد است که برخی از ویروس هایی که به نظر می رسد در حال فریبکاری هستند، ممکن است نقش بهتری در جوامع ویروسی ایفا کنند. آنها به جای سوء استفاده از ویروس های دیگر با آنها همکاری می کنند و به پیشرفت آنها کمک می کنند.

لوپز می گوید: ما آنها را بخشی از یک جامعه می دانیم که همه در آن نقش مهمی دارند.

پیشگیری از فرسودگی

ورود لوپز به دنیای ویروس شناسی اجتماعی در اوایل دهه 2000 آغاز شد و او ویروس سندای را مطالعه کرد که موش ها را آلوده می کند. محققان سال ها می دانستند که دو سویه از ویروس سندای رفتار متفاوتی دارند. یکی به نام SeV-52، در فرار از توجه سیستم ایمنی خوب بود و به ویروس اجازه می داد تا یک عفونت گسترده ایجاد کند.

اما موش های آلوده به ویروس های سویه دیگر که SeV-Cantell نام داشت، یک دفاع سریع و قدرتمند به کار می گرفتند که به آنها کمک می کرد تا سریع تر بهبود یابند. لوپز و همکارانش متوجه شدند تفاوت دو سویه در این بود که SeV-Cantell ویروس های ناقص زیادی تولید می کرد.

ویروس های ناقص چگونه سیستم ایمنی موش ها را تحریک می کنند؟ پس از مجموعه ای از آزمایش ها، لوپز و همکارانش دریافتند که ویروس های ناقص باعث می شوند سلول های میزبان یک سیستم هشدار را فعال کنند. سلول ها سیگنالی به نام اینترفرون تولید می کنند که به سلول های همسایه اجازه می دهد از ورود مهاجم مطلع شوند. این سلول ها می توانند دفاعی در برابر ویروس ها ایجاد کنند و از گسترش عفونت در بافت های اطراف جلوگیری کنند.

این پدیده نه مربوط به ویروس سندای بود و نه مربوط به سیستم ایمنی موش. هنگامی که لوپز و همکارانش توجه خود را به ویروس سین سیشیال تنفسی (RSV) معطوف کردند، که هر ساله بیش از دو میلیون نفر را در ایالات متحده بیمار می کند و باعث مرگ هزاران نفر می شود، دریافتند که ویروس های ناقص تولید شده در عفونت های طبیعی نیز باعث ایجاد پاسخ ایمنی قوی از سوی سلول های آلوده شده می شوند.

این اثر لوپز را متحیر کرد. اگر ویروس های ناقص فریبکار بودند، منطقی نبود که میزبان را تحریک کنند تا دوره عفونت را کوتاه کند. هنگامی که سیستم ایمنی ویروس های کارآمد را از بین می برد، فریبکاران بدون هیچ قربانی برای بهره برداری تنها باقی می مانند.

لوپز دریافت که اگر به روشی جدید به ویروس ها نگاه کند، نتایج او منطقی است. لوپز به جای تمرکز بر این ایده که ویروس های ناقص فریبکاری می کنند، شروع به فکر کردن درباره آن ها و ویروس های کارآمد کرد که با هم برای رسیدن به هدف مشترک بقای طولانی مدت کار می کنند. او متوجه شد که اگر ویروس های کارآمد به طور غیرقابل کنترل تکثیر شوند، ممکن است قبل از انتقال به میزبان جدید، میزبان فعلی خود را از بین ببرند که این خود به معنای شکست خواهد بود.

لوپز می گوید: ویروس برای اینکه میزبان خود را به اندازه کافی زنده نگه دارد تا بتواند به کارش ادامه دهد، به سطحی از پاسخ ایمنی نیاز دارد.

اینجاست که ویروس های ناقص وارد عمل می شوند. آنها ممکن است عفونت را مهار کنند تا میزبان آنها فرصتی برای انتقال ویروس به میزبان بعدی داشته باشد. به این ترتیب، ویروس های کارآمد و ناقص ممکن است با هم همکاری کنند. ویروس های کارآمد ماشین های مولکولی را برای تولید ویروس های جدید تولید می کنند. در همین حال، ویروس های ناقص سرعت ویروس های کارآمد را کاهش می دهند تا از نابودی میزبان خود که به کل دوره عفونی جامعه ویروسی پایان می دهد، جلوگیری کنند.

جامعه ویروس شناسان اکنون در تلاش هستند تا بفهمند که چقدر فریبکاری و همکاری در دنیای ویروسی در حال انجام است. دانشمندانی که رفتار حیوانات را مطالعه می کنند می دانند که این کار چقدر می تواند سخت باشد. یک فرد ممکن است در برخی شرایط تقلب کند و در موارد دیگر همکاری کند و همچنین ممکن است رفتاری که شبیه همکاری است از طریق فریبکاری خودخواهانه تکامل یابد.

شناسایی ماهیت جوامع ویروسی سالها تحقیقات لازم دارد. اما حل این معما ممکن است نتایج فوق العاده ای به همراه داشته باشد. هنگامی که دانشمندان رفتار اجتماعی ویروس ها را درک کنند، ممکن است بتوانند ویروس ها را علیه یکدیگر کنند.

5858