Microbiologie in hapklare porties
The Bacteriophage’s gambit
Game theory bestaat uit strategieën die rekening houden met de acties van de andere spelers Misschien ben je bekend met het meest beroemde voorbeeld, “The Prisoner’s Dilemma” dat bedacht werd door Merrill Flood en Melvin Dresher. Dit beroemde gedachte-experiment toonde aan dat extreme medewerking en/of concurrentie in de realiteit niet gunstig zijn in een bijzonder geval. Game theory kent vele toepassingen en kan gevonden worden in sociale-, economische- en computerwetenschappen.
Het kan ook mooi toegepast worden op het gedrag van bacteriofagen (virussen die specifiek bacteriën overnemen). Dit werd aangetoond in een recent artikel gepubliceerd door Aframian, Bendori et al. λ-bacteriofagen gaan door twee fases als ze de bacterie Bacillus subtilis aanvallen. Een lytische fase waarin nieuw gerepliceerde bacteriofagen uit de B. subtilis barsten, klaar om andere bacteriën te infecteren. Dit is de “actieve” fase. Daarnaast is er ook een sluimer of lysogene fase, waarin de bacteriofaag de genomische machines van B. subtilis overneemt ter voorbereiding voor de replicatie van zichzelf, maar verder niet de structurele integriteit van de gastheer/bacterie beschadigen.
Dat bacteriofagen door deze fases gaan, is geen nieuw gegeven. Echter richtten Aframian, Bendori et al. met hun onderzoek de aandacht op het feit dat λ-bacteriofagen bepalen welke fase ze ingaan door arbitrage eiwitten (een klein molecuul in de signaaloverdracht) uit te zenden in de omgeving. De auteurs konden de verschillende componenten van het model afleiden door verschillende stammen met genetische knockouts van elk component in de signaalroute te gebruiken.
Ze observeerden een interessant fenomeen. Wanneer λ-bacteriofagen B. subtilis infecteren en de lysogene fase ingaan, activeren ze aimP wat zorgt voor een constante toevoer van arbitrage peptides in de omgeving. Als de concentratie van de aimP hoog genoeg is onderdrukken andere bacteriofagen de overgang naar de lytische fase, zelfs als de cell DNA-schade oploopt.
Waarom zou een bacteriofaag zijn lytische fase niet activeren als zijn gastheercel op het punt staat vernietigd te worden (cfr. DNA-schade)? Volgens de auteurs heeft dit allemaal te maken met concurrentie – iets wat bacteriofagen kunnen bepalen aan de hand van de circulerende aimP concentratie. Bacteriën clusteren vaak samen in dichte gemeenschappen. Als alle bacteriofagen in deze gemeenschappen de lytische fase in zouden gaan, blijven er simpelweg te weinig gezonde gastheren over om te infecteren.
Bacteriofagen willen dan liever niet de gok wagen en laten hun gastheer nog even langer leven totdat de situatie meer in hun voordeel is. Dit is ongewoon voor virussen omdat ze niet als levend worden beschouwd. Desalniettemin zorgt hun genetisch materiaal en hun bekwaamheid ervoor dat ze het beste van de situatie kunnen maken.
Link to the original post: Aframian, N., Omer Bendori, S., Kabel, S. et al. Dormant phages communicate via arbitrium to control exit from lysogeny. Nat Microbiol 7, 145–153 (2022). https://doi.org/10.1038/s41564-021-01008-5
Featured image: Created with BioRender.com
Additionl sources:
https://www-nature-com.kuleuven.e-bronnen.be/articles/s41564-021-01008-5#Sec9
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 