تحقیقات جدید دانشگاه ویرجینیا تک (Virginia Tech) نشان می‌دهد که باکتریوفاژها (ویروس‌هایی که باکتری‌ها را آلوده می‌کنند) می‌توانند ویتامین B12 محبوس‌شده در داخل سلول‌های باکتریایی را آزاد کنند. این ترکیب مغذی ناگهانی می‌تواند سوخت‌رسانی به میکروب‌های همسایه‌ای را که خودشان قادر به تولید B12 نیستند تأمین کند و در این فرایند، جامعه زیستی گسترده‌تر را بازشکل‌دهی نماید!
ویتامین B12 که با نام کوبالامین نیز شناخته می‌شود، برای فرایندهای زیستی حیاتی از جمله سنتز DNA، تشکیل گلبول‌های قرمز خون و عملکرد طبیعی اعصاب ضروری است. با این حال، منشأ آن به طرز غیرمعمولی انحصاری است. انسان‌ها، حیوانات و گیاهان نمی‌توانند آن را تولید کنند؛ تنها باکتری‌ها و آرکی‌های خاصی مکانیزم لازم برای تولید آن را دارند.
چگونه ویروس‌ها ویتامین B12 را آزاد می‌کنند؟
تولید B12 از نظر متابولیک بسیار پرهزینه است و تنها اقلیتی از میکروارگانیسم‌ها قادر به انجام آن هستند. بسیاری دیگر تکامل یافته‌اند تا B12 یا ترکیبات بسیار نزدیک به آن به نام «کوبامیدها» را از محیط اطراف خود به دست آورند. این وابستگی در سراسر اکوسیستم‌های میکروبی در اقیانوس‌ها، خاک و روده پستانداران رخ می‌دهد.
این مسئله یک معمای زیستی ایجاد می‌کند: اگر ساخت B12 پرهزینه است و برای سلول تولیدکننده ارزشمند محسوب می‌شود، چرا باید مقدار کافی از این ویتامین در خارج از آن سلول‌ها قرار گیرد تا همسایگانشان را تغذیه کند؟
این مطالعه که در مجله The ISME Journal منتشر شده است، به یک پاسخ غیرمنتظره و خشونت‌آمیز اشاره دارد.
چرا ویتامین B12 در باکتری‌ها محبوس می‌ماند؟
باکتریوفاژها که معمولاً به اختصار «فاژ» نامیده می‌شوند، باکتری‌ها را آلوده می‌کنند. آن‌ها در هر جایی که باکتری‌ها زندگی می‌کنند گسترده هستند و می‌توانند شديداً بر جوامع میکروبی، از جمله جوامع موجود در روده انسان، تأثیر بگذارند.
در طول یک عفونت لیتیک (تجزیه‌کننده)، فاژ به سلول باکتری متصل شده و ماده ژنتیکی خود را وارد آن می‌کند. سپس ویروس مکانیزم مولکولی باکتری را به دست می‌گیرد تا نسخه‌های جدیدی از خود بسازد. در نهایت، سلول میزبان متلاشی (پاره) می‌شود.
فاژهای تازه تولیدشده فرار می‌کنند، اما آن‌ها تنها چیزهایی نیستند که آزاد می‌شوند. DNA، پروتئین‌ها، قندها و سایر مولکول‌هایی که داخل باکتری قفل شده بودند، به محیط اطراف سرازیر می‌شوند.
براین سو (Bryan Hsu)، زیست‌شناس دانشگاه ویرجینیا تک می‌گوید:
این حاوی تمام DNA، پروتئین، قندها و همه چیزهایی است که سلول باکتری معمولاً ذخیره می‌کند تا بتواند به رشد خود ادامه دهد.
فاژها باکتری‌ها را به منابع مغذی تبدیل می‌کنند!
محققان دریافتند که ویتامین B12 می‌تواند بخشی از این غنیمت سلولی باشد.
«سو» و همکارانش این ایده را با استفاده از یک سیستم کنترل‌شده حاوی یک باکتری قادر به تولید B12 و باکتری دیگری که به این ویتامین نیاز داشت اما نمی‌توانست به اندازه کافی برای خود تولید کند، آزمایش کردند.
وقتی تولیدکننده B12 دست‌نخورده باقی ماند، باکتری وابسته نتوانست رشد کند. ویتامین وجود داشت، اما عملاً قفل شده بود.
به محض اینکه محققان فاژی را وارد کردند که سلول‌های تولیدکننده را نابود کرد، وضعیت تغییر کرد. B12 با غلظت‌هایی کافی برای حمایت از باکتری‌های دیگر به محیط آزاد شد.
«سو» گفت:
در یک سیستم کاملاً تعریف‌شده از نظر ژنتیکی، ما می‌توانیم اثبات کنیم که وجود فاژ ضروری است. B12 فقط به خودی خود نشت نمی‌کند.
آزمایش اینکه آیا B12 باعث رشد میکروبی می‌شود یا خیر
یک باکتری متلاشی‌شده هزاران ترکیبات سلولی مختلف را آزاد می‌کند، بنابراین محققان باید نشان می‌دادند که خود B12 مسئول این رشد بوده است.
دیوید دا سیلوا باریر (David da Silva Barreira)، نویسنده اول این مطالعه و پژوهشگر پسادکترای سابق ویرجینیا تک، این آزمایش را با استفاده از یک سویه باکتریایی تغییریافته از نظر ژنتیکی که نمی‌توانست B12 تولید کند، تکرار کرد.
فاژها هنوز آن باکتری‌ها را نابود می‌کردند و محتویات داخلی آن‌ها را آزاد می‌ساختند، اما این بار میکروب‌های وابسته به B12 رشد نکردند.
این نتیجه نشان داد که صرفاً متلاشی کردن یک سلول باکتریایی کافی نیست و B12 منبع حیاتی برای حمایت از میکروب‌های همسایه بوده است.
آزادسازی B12 باکتری‌های روده را بازشکل‌دهی می‌کند!
سپس این تیم پا را از جفت‌سازی ساده‌شده در آزمایشگاه فراتر گذاشتند و گروه‌های اصلی باکتری‌های مرتبط با دستگاه گوارش انسان را آزمایش کردند. بار دیگر، باکتری‌های روده وابسته به B12 هنگامی که فاژها سلول‌های تولیدکننده B12 را لیز (تجزیه) کردند، سود بردند.
این تأثیرات فراتر از گونه‌های فردی بود. طبق این مطالعه، B12 آزادشده توسط فاژ، تغییرات قابل توجهی در ترکیب جوامع باکتریایی ایجاد کرد و تنوع آن‌ها را افزایش داد. وقتی محققان مستقیماً B12 را به محیط کشت اضافه کردند، این اثر تنوع کاهش یافت؛ امر فوق نشان می‌دهد که زمان‌بندی و مکان آزادسازی ماده مغذی ممکن است در کنار خود ماده مغذی اهمیت داشته باشد.
فاژها اغلب عمدتاً بر اساس باکتری‌هایی که می‌کشند توصیف می‌شوند. یافته‌های جدید روی دیگری از این رابطه را برجسته می‌کند.
وقتی یک ویروس میکروبی را نابود می‌کند، محتویات آن سلول ناپدید نمی‌شوند؛ آن‌ها به منافع و منابعی تبدیل می‌شوند که ارگانیسم‌های دیگر می‌توانند بالقوه از آن استفاده کنند. از این حیث، فاژها ممکن است به عنوان بازیافت‌کنندگان میکروسکوپی مواد مغذی عمل کنند و مولکول‌های ارزشمند را از ارگانیسم‌هایی که آن‌ها را می‌سازند به ارگانیسم‌هایی که به لاشخوری و جمع‌آوری وابسته‌اند، منتقل نمایند.
نقش گسترده‌تر ویروس‌ها در اکوسیستم‌های میکروبی
این ایده ممکن است بسیار فراتر از روده گسترش یابد. کوبامیدهایی مانند B12 بین ارگانیسم‌ها در محیط‌هایی از خاک گرفته تا اقیانوس مبادله می‌شوند و تحقیقات قبلی نیز آزادسازی B12 توسط فاژها را در سیستم‌های میکروبی دریایی پیدا کرده بود.
این امر به عفونت ویروسی یک نقش اکولوژیک می‌دهد که ندیده گرفتن آن آسان است: یک فاژ ممکن است میزبان باکتریایی مستقیم خود را بکشد و در عین حال به طور غیرمستقیم به میکروب‌های بی‌ارتباط در همان نزدیکی کمک کند.
برای میکروبیوم روده، این یافته‌ها نشان می‌دهد که ویروس‌ها می‌توانند نه تنها با تصمیم‌گیری درباره اینکه کدام باکتری زنده می‌ماند، بلکه با تغییر اینکه چه کسی به مواد مغذی کمیاب دسترسی پیدا می‌کند، بر این جامعه زیستی تاثیر بگذارند.
منبع: Scitechdaily
