Engineering the Pseudomonas aeruginosa virus-isolation host viPAO1 reveals how host genetic barriers shape recoverable phage diversity
Deze studie toont aan dat het modificeren van *Pseudomonas aeruginosa*-gastheren (specifiek viPAO1) door sequentieel intracellulaire defensiesystemen en profagen te verwijderen, de terugwinbare faagdiversiteit aanzienlijk vergroot, wat de isolatie van een brede collectie nieuwe temperate fagen mogelijk maakt die anders ontoegankelijk zijn vanwege genetische barrières van de gastheer.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Virussen die bacteriën infecteren, bekend als bacteriofagen, zijn de meest talrijke biologische entiteiten op onze planeet. Ze zijn onzichtbaar voor het blote oog, maar spelen een enorme rol in hoe bacteriën leven, evolueren en genetisch materiaal delen. Voor wetenschappers zijn deze virussen meer dan alleen natuurlijke nieuwsgierighedenheden; ze zijn potentiële instrumenten om infecties te bestrijden die antibiotica niet langer kunnen stoppen. Om ze te bestuderen of als medicijn te gebruiken, moeten onderzoekers ze eerst vinden en in een laboratorium kweken. Dit proces houdt meestal in dat een monster uit de omgeving, zoals bodem of water, wordt gemengd met een specifiek type bacterie om te zien of er virussen zijn die de bacterie aanvallen en vermenigvuldigen. Echter, deze methode heeft een verborgen gebrek. Net zoals een sleutel alleen een specifelijk slot opent, kan een virus een bacterie alleen infecteren als de bacterie niet beschikt over de specifieke verdedigingsmechanismen die de aanval zouden blokkeren. Als de bacteriën in het laboratorium te goed bewapend zijn, zullen ze de virussen afweren, en zullen die virussen onontdekt blijven, zelfs als ze overvloedig aanwezig zijn in de natuur. Dit creëert een bevooroordeeld beeld van de natuur, waarbij wetenschappers alleen de virussen zien die er toevallig in slagen de verdediging van de door hen gekozen bacteriën te omzeilen.
Een team van onderzoekers zette zich in om dit blinde vlek te verhelpen door een nieuw soort bacteriële gastheer te ontwerpen die uitzonderlijk openstaat voor infectie. Ze richtten zich op Pseudomonas aeruginosa, een veelvoorkomende bacterie die in ziekenhuizen en de omgeving wordt aangetroffen en die vaak moeilijk te behandelen is. De wetenschappers begonnen met een standaard laboratoriumstam van deze bacterie en verwijderden systematisch haar interne beveiligingssystemen. Deze systemen omvatten moleculaire machines die invallend viraal DNA afbreken en aanwezige virale fragmenten die al in de bacterie leven en nieuwe infecties kunnen blokkeren. Door deze verdedigingen één voor één te verwijderen, creëerden ze een reeks steeds kwetsbaardere bacteriële stammen, uitmondend in een definitieve versie die ze viPAO1 noemden. Deze ontworpen stam fungeert als een wijd openstaande deur, waardoor virussen die normaal gesproken zouden worden gestopt, kunnen binnendringen en repliceren.
Toen de onderzoekers deze nieuwe gastheer testten tegen een collectie bekende virussen, waren de resultaten duidelijk. De ontworpen stam was veel vatbaarder voor infectie dan de oorspronkelijke, ongewijzigde bacteriën. Het verwijderen van twee specifieke verdedigingssystemen, één die viraal DNA aanvalt en een andere die fungeert als een moleculaire schaar, maakte het grootste verschil, waardoor veel meer virussen erin slaagden de cel te infecteren. De meest significante ontdekking kwam echter toen ze deze permissieve gastheer gebruikten om naar nieuwe virussen te zoeken in echte monsters uit de praktijk. In een gecontroleerd experiment met klinische monsters van patiënten, vond de standaard bacterie slechts twee verschillende typen virussen terug. In contrast hiermee vond de ontworpen gastheer zeven verschillende typen terug, wat een veel bredere variëteit aan virale families vertegenwoordigde. Dit bewees dat de barrière die de ontdekking van deze virussen verhinderde niet hun afwezigheid in de omgeving was, maar de verdediging van de bacteriën die gebruikt werden om ze te vangen.
Het team breidde deze aanpak uit naar een enorme schaal door 1.090 verschillende klinische monsters van Pseudomonas aeruginosa van patiënten met diverse infecties te screenen. Met behulp van hun ontworpen gastheer slaagden ze erin om 69 unieke temperente virussen te isoleren en te zuiveren. Temperente virussen zijn een specifiek type dat zich in een bacterie kan verstoppen zonder deze onmiddellijk te doden, waardoor ze moeilijker te vinden zijn dan de virussen die hun gastheren direct doden. De collectie die ze opbouwden was opmerkelijk divers en besloeg 2an 24 verschillende voorspelde groepen virussen, waaronder 15 groepen die schijnbaar geheel nieuw zijn voor de wetenschap. Door hun nieuwe virussen te vergelijken met bestaande databases, vonden de onderzoekers dat hun collectie grote gaten in de bekende virale landschappen opvulde en reikte tot in delen van de virale stamboom die voorheen ontoegankelijk waren.
De studie onthulde ook dat het simpelweg kwetsbaarder maken van een gastheer niet de enige factor in het spel is. De onderzoekers modificeerden de oppervlaktereceptoren van hun bacteriën—de specifieke punten waar virussen zich hechten om de cel binnen te dringen. Het veranderen van deze receptoren leidde niet noodzakelijkerwijs tot een toename van het totale aantal gevonden virussen, maar het veranderde wel welke virussen werden gevonden. Dit suggereert dat terwijl het verwijderen van interne verdedigingsmechanismen de deur opent naar een breder scala aan virussen, de specifieke soort deurklink beschikbaar is die bepaalt welke bezoekers daadwerkelijk door de deur lopen. De onderzoekers concludeerden dat de genetische opmaak van de bacteriële gastheer een krachtig filter is dat ons hele begrip van virale diversiteit vormgeeft. Door gastheren te ontwerpen die meer permissief zijn, hebben wetenschappers nu toegang tot een veel rijker en nauwkeuriger beeld van de virale wereld, waarbij zij lineages blootleggen die verborgen waren in het volle zicht, simpelweg omdat de verkeerde sleutel werd gebruikt om ze te proberen te openen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.