Een virus dringt niet zomaar lukraak een cel binnen. Het gebruikt informatie uit de omgeving om te ‘beslissen’ of het in de aanval gaat. Deze ontdekking kan leiden tot betere medicijnen tegen virussen.

“Op dit moment gebruiken virussen hun vermogen om hun omgeving te peilen in hun voordeel, maar in de toekomst kunnen wij deze eigenschap inzetten om hen schade toe te brengen”, begint biologieprofessor Ivan Erill, die meewerkte aan het onderzoek. Hij richtte zich samen met zijn team op bacteriofagen – virussen die bacteriën infecteren en doden – ook wel kortweg fagen genoemd. De fagen in deze studie kunnen enkel bacteriën infecteren, die speciale aanhangsels hebben, pili (pilus is Latijn voor haar) en flagellen (zweepstaartjes) genaamd, die bacteriën helpen bewegen en reproduceren. De bacteriën maken het eiwit CtrA aan dat aangeeft wanneer ze de pili en flagellen moeten produceren.

Aanhangsels
De nieuwe studie toont aan dat veel fagen die afhankelijk zijn van de aanhangsels, patronen hebben in hun DNA waar het CtrA-eiwit zich aan kan hechten. Het is ongebruikelijk dat een faag een verbindingsplaats heeft waar een eiwit, geproduceerd door zijn gastheer, zich aan kan hechten, zegt Erill, wiens studie in Frontiers in Microbiology verscheen.

Nog opmerkelijker is dat deze plekken niet uniek zijn voor één soort faag of groep fagen. Allerlei soorten bleken CtrA-bindingsplaatsen te hebben. Er was echter één voorwaarde: de bacteriën moesten wel allemaal pili of flagellen hebben. En dat kan geen toeval zijn, concludeerden de wetenschappers.

Veel zwemmers
De eerste faag waarbij het onderzoeksteam CtrA-bindingsplaatsen identificeerde was bij de Caulobacterales. Dit is een groep vaak onderzochte bacteriën, omdat er twee vormen van bestaan: eentje die vrij rondzwemt en een vorm die zich hecht aan een oppervlak. De zwemmers hebben pili en flagellen, de anderen niet. Bij deze bacteriën reguleert CtrA ook de celcyclus. Het eiwit bepaalt of een cel zich deelt in twee of meer dezelfde soort cellen of dat hij zich asymmetrisch deelt in een zwemmer- en een vaste cel. Omdat fagen alleen zwemmercellen kunnen infecteren is het in hun eigen belang om zich alleen te verspreiden in hun gastheer als er veel zwemmercellen beschikbaar zijn.

“Wij denken dat de fagen de CtrA-niveaus, die tijdens de levenscyclus van cellen stijgen en dalen, monitoren om te achterhalen wanneer ze het beste kunnen losbarsten in een cel, omdat er dan veel zwemmercellen in de buurt zijn om te infecteren”, verklaart Erill.

Delta phage

Een bacteriofaag met bindingsplaatsen voor het CtrA-eiwit. Afbeelding: Tagide deCarvalho/UMBC

Geen andere verklaring
De methode om deze hypothese te bewijzen is extreem ingewikkeld en arbeidsintensief, zeggen de onderzoekers. Ze hopen deze vragen dan ook in de toekomst definitief te kunnen beantwoorden. Al zegt het onderzoeksteam nu al dat er geen andere plausibele verklaring is voor de snelle toename van CtrA-bindingsplaatsen bij zoveel verschillende fagen, die allemaal pili en flagellen nodig hebben om hun gastheer te infecteren.

Vermoedelijk geldt wat opgaat voor de fagen ook voor virussen die mensen infecteren. “Alles wat we weten van fagen, elke evolutionaire strategie die ze ontwikkelden, hebben we tot nu toe teruggezien in virussen die planten en dieren infecteren”, zegt Erill. “Het is bijna een gegeven. Dus als fagen meeluisteren in hun gastheren, dan zullen virussen die mensen infecteren hetzelfde doen.”

Meeluisteren
Dit nieuwe onderzoek is ‘de eerste grote demonstratie van het vermogen van fagen om mee te luisteren met wat er in een cel gebeurt, in dit geval in termen van celontwikkeling’, aldus Erill. Maar meer voorbeelden zijn onderweg, voorspelt hij. “De belangrijkste bevinding van dit onderzoek is dat het virus cellulaire informatie gebruikt om beslissingen te nemen. En als dat in bacteriën gebeurt dan gebeurt het vrijwel zeker ook in planten en dieren, omdat áls het een logische evolutionaire strategie is, de evolutie het zal ontdekken en exploiteren.”

Virussen bij dieren
Om bijvoorbeeld zijn overlevingsstrategie te optimaliseren zal een diervirus willen weten in wat voor weefsel het zich bevindt of hoe sterk de immuunreactie van zijn gastheer is op de infectie. Het is geen prettig idee dat virussen allemaal informatie over ons verzamelen om ons mogelijk nog zieker te kunnen maken, maar deze ontdekkingen kunnen ook leiden tot nieuwe behandelmethodes. “Als je een antiviraal medicijn ontwikkelt en je weet dat het virus naar een specifiek signaal luistert dan kun je het misschien voor de gek houden”, legt Erill uit. Maar dat is nog ver weg. “Op dit moment beginnen we ons pas net te realiseren dat virussen ons actief in de gaten houden, hoe ze dat doen en hoe ze hun beslissingen daarop baseren.”