کشف سیستم دفاعی «کونگ‌مینگ» در باکتری‌ها: ترفند باستانی علیه ویروس‌ها
1
در تاریخ نظامی چین، ژنرال مشهور «ژوگه لیانگ» که با نام «کونگ‌مینگ» شناخته می‌شود، با ترفندی هوشمندانه دشمنان خود را فریب داد. او قایق‌هایی خالی را با نی پوشاند و به سوی ناوگان دشمن فرستاد. دشمن گمان کرد این قایق‌ها برای حمله آمده‌اند، پس بارانی از تیر بر سر آن‌ها فرود آورد. سربازان ژوگه لیانگ پس از پایان حمله، تیرها را جمع کرده و در نبردی بعدی با همان سلاح‌ها دشمن را شکست دادند.
۲۱ قرن بعد، دانشمندان در دل باکتری‌های رایج روده، پژواکی مولکولی از همین ترفند تاریخی را کشف کرده‌اند. کشفی که می‌تواند نگاه ما به سیستم ایمنی میکروبی، درمان‌های نوین و ابزارهای تشخیص بیماری را دگرگون کند.
کشف سامانه ضدویروسی جدید: Kongming
راز دفاعی تازه در ای‌کولای
پژوهشگران دانشگاه کپنهاگ و دانشگاه کشاورزی هوآژونگ، سامانه‌ای ضدویروسی در باکتری E. coli یافته‌اند که پیش‌تر ناشناخته بود و آن را به افتخار ژنرال چینی، «کونگ‌مینگ» نام نهاده‌اند. این سامانه درست مانند نام خود، از آنزیم ویروسی برای حمله متقابل استفاده می‌کند و در نهایت ویروس را از بین می‌برد.
چگونه کار می‌کند؟
هر ویروسی که باکتری‌ها را آلوده می‌کند – که به آن فاژ گفته می‌شود – باید با سرعت بسیار بالا مواد ژنتیکی خود را تکثیر کند. برای این کار، فاژها آنزیم‌هایی خاص به نام «نوکلئوتید کیناز» وارد باکتری می‌کنند تا مواد سازنده DNA و RNA را تولید کنند.
سامانه کونگ‌مینگ این آنزیم را شناسایی کرده و آن را مجبور می‌کند که نوع متفاوتی از نوکلئوتید را بسازد: dITP (دی‌اینوزین تری‌فسفات). این مولکول، سامانه‌ای پروتئینی را فعال می‌کند و یک واکنش زنجیره‌ای به راه می‌اندازد که در نهایت به خودکشی سلول باکتری منجر می‌شود.
مرگ باکتری به نفع کل جمعیت
مرگ یک سلول شاید راه عجیبی برای دفاع باشد، اما در میان جمعیت‌های باکتریایی، استراتژی‌ای بسیار مؤثر است. سلول آلوده جان خود را فدا می‌کند تا از گسترش عفونت در سایر سلول‌ها جلوگیری کند. درست مانند منفجر کردن یک پل برای توقف پیشروی دشمن.
به گفته پینیا-ردوندو، یکی از نویسندگان پژوهش:
«با مرگ سلول، چرخه تکثیر ویروس در آن متوقف می‌شود و از آزاد شدن صدها ذره ویروسی جدید جلوگیری می‌گردد.»
ضدحمله ویروس‌ها
ویروس‌ها هم بیکار نمی‌مانند
فاژها نیز راه‌های مقابله با سامانه کونگ‌مینگ را یافته‌اند. برخی از آن‌ها آنزیم‌هایی کمکی حمل می‌کنند که dITP را قبل از رسیدن به سطح کشنده، تجزیه می‌کند. بدین ترتیب، قبل از آنکه زنگ خطر به صدا درآید، سیم آن قطع می‌شود.
دکتر رولیانگ ژائو، نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید:
«برخی از ویروس‌ها یاد گرفته‌اند که چگونه سیستم کونگ‌مینگ را دور بزنند. آن‌ها آنزیم‌هایی دارند که مولکول‌های هشداردهنده را از بین می‌برند.»
این نوع ضدحمله‌ها نشان می‌دهد که رقابت تکاملی بین باکتری‌ها و ویروس‌ها یک جنگ دائمی است – جنگی که باعث پیدایش ابزارهایی مانند CRISPR و حالا مسیر کونگ‌مینگ شده است.
ردپای کونگ‌مینگ در سراسر جهان
فقط به روده محدود نمی‌شود
گرچه سامانه کونگ‌مینگ ابتدا در E. coli کشف شد، بررسی‌های ژنتیکی نشان داد که انواع مشابهی از آن در بسیاری از باکتری‌های خاکی و دریایی سراسر جهان نیز وجود دارد. این مسئله نشان می‌دهد که سامانه کونگ‌مینگ یک پدیده خاص نیست، بلکه نمونه‌ای رایج از راهبردهای ضدویروسی باکتری‌ها در طبیعت است.
این یافته برای مدل‌سازی‌های بوم‌شیمیایی و توسعه درمان‌های فاژی که باید از سد ایمنی طبیعی باکتری‌ها عبور کنند، اهمیت دارد.
چالش‌های درمانی در برابر سامانه‌های دفاعی باکتریایی
تهدیدی برای درمان با فاژ
با افزایش مقاومت آنتی‌بیوتیکی، استفاده از فاژها برای درمان عفونت‌ها دوباره مورد توجه قرار گرفته است. اما اگر باکتری هدف، سامانه‌ای قدرتمند مانند کونگ‌مینگ داشته باشد، فاژ درمانی بی‌اثر خواهد بود.
به گفته پینیا-ردوندو:
«برای توسعه درمان‌های مؤثر، باید درک دقیقی از سامانه‌های ایمنی طبیعی باکتری‌ها داشته باشیم.»
شناخت سامانه کونگ‌مینگ و راه‌های مقابله ویروسی با آن، به دانشمندان کمک می‌کند تا فاژهایی طراحی کنند که از این دفاع‌ها عبور کنند و شانس موفقیت درمانی را افزایش دهند.
کاربردهای زیست‌فناورانه سامانه کونگ‌مینگ
سنسورهای مولکولی و کنترل سلولی
اهمیت سامانه کونگ‌مینگ تنها به کنترل بیماری‌های عفونی محدود نمی‌شود. چون این سامانه تنها به dITP پاسخ می‌دهد – نوکلئوتیدی غیرمعمول که با بی‌ثباتی ژنومی و برخی سرطان‌ها مرتبط است – می‌تواند به عنوان یک حسگر زیستی برای تشخیص در آزمایش‌های مولکولی به‌کار رود.
ژائو در این باره می‌گوید:
«از آنجا که سامانه کونگ‌مینگ فقط به dITP واکنش نشان می‌دهد، می‌توان از آن به عنوان ابزار تشخیصی برای شناسایی این مولکول استفاده کرد.»
همچنین زیست‌سازان می‌توانند از این مسیر برای ساخت «کلیدهای مرگ برنامه‌ریزی‌شده» در سلول‌ها یا به‌عنوان سامانه‌های ایمنی دقیق در مهندسی ژنتیک بهره بگیرند.
پایانی بر فرضیات قدیمی
نگاهی نو به ایمنی میکروبی
در دهه گذشته، ژنوم‌شناسی تطبیقی تنوع گسترده‌ای از سامانه‌های ایمنی باکتریایی را آشکار کرده است. اما بسیاری از آن‌ها هنوز ناشناخته‌اند. سامانه کونگ‌مینگ نشان می‌دهد که نگاهی دوباره به سازوکارهای دفاعی باکتری‌ها می‌تواند فرضیات قدیمی را زیر سؤال ببرد.
پیش از این، استفاده از آنزیم‌های ویروسی برای ساخت سیگنال‌های ایمنی فقط در خود ویروس‌ها دیده شده بود. اما اکنون می‌دانیم که باکتری‌ها نیز از «پیکان دشمن» برای نابودی همان دشمن استفاده می‌کنند.
این کشف، نه تنها درک ما از جنگ مولکولی میان میکروب‌ها را گسترش می‌دهد، بلکه مسیرهایی نوین برای درمان‌ها و فناوری‌های تشخیصی باز می‌کند.
این مطالعه در نشریه Science منتشر شده است.
