Microbiologie in hapklare porties
De schimmel doorbreken: Een gistachtige manier om virusinfecties te bestrijden
Antivirale systemen verschillen in diverse organismen
Virussen zijn intracellulaire parasieten die de celmechanismen van de gastheer kapen om de virale groei te ondersteunen. Hoewel dierlijke virussen zoals het influenza- en coronavirus de laatste tijd veel aandacht hebben gekregen vanwege hun potentiële risico’s voor de volksgezondheid, is het nog steeds de moeite waard om op te merken dat deze minuscule microben overal voorkomen in een breed scala aan organismen. De gastheren van virussen zijn dus niet alleen beperkt tot grote organismen. Sommige virussen kunnen zelfs micro-organismen infecteren. Een virus met de naam L-A mycovirus kan bijvoorbeeld Saccharomyces cerevisiae infecteren, een veelgebruikte giststam die wordt gebruikt bij het bakken en brouwen.
Om de invasie van ziekteverwekkers tegen te gaan, hebben gastheren een groot aantal strategieën ontwikkeld om een effectieve immuunrespons op te wekken tijdens een infectie.
Organismen van een hoger niveau, zoals zoogdieren, hebben complexe immuunsystemen waarbij de antivirale respons kan worden geregeld door aangeboren en adaptieve immuniteit. Aangeboren immuniteit is een brede verdediging tegen ziekteverwekkers. Als reactie op een virusinfectie scheiden cellen bijvoorbeeld een eiwit genaamd interferon af om een antivirale toestand te creëren en de virale replicatie te remmen. Aan de andere kant kan adaptieve immuniteit leiden tot de ontwikkeling van immunologisch geheugen en pathogeenspecifieke immuunreacties. Eén van de effectieve manieren om adaptieve immuunreacties te simuleren is het toedienen van vaccins.
Eenvoudige organismen missen daarentegen het geavanceerde immuunsysteem van zoogdieren. Hoe kunnen minder geavanceerde organismen zoals gisten zich dan toch beschermen tegen virusinfecties?
Een recent onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift PNAS, ontdekte dat gisten, in tegenstelling tot andere organismen zoals zoogdieren, diverse en toch verschillende antivirale systemen hebben om zich tegen virussen te verdedigen.
Diverse typen virussen die een breed scala aan gastheren kunnen infecteren
Bron: https://www.mdpi.com/journal/pathogens/sections/Viral_Pathogens
Gist heeft een veelzijdige gereedschapskist om virusinfectie te bestrijden
Het L-A mycovirus wordt vaak aangetroffen in in laboratoria gekweekte bakkersgist. Opmerkelijk is dat ondanks chronische infectie met het L-A mycovirus, de gistgroei onveranderd bleef onder standaard kweekomstandigheden. Daarom heeft een onderzoeksgroep van de Universiteit van Toronto, met dit specifieke virus als model, verschillende nieuwe antivirale systemen in gist geïdentificeerd met een genetische benadering.
Eerder werden twee gistfactoren geïdentificeerd en bekend om hun antivirale functies tijdens infectie met het L-A mycovirus. De ene is een mitochondriaal eiwit genaamd NUC1, en de andere is SKI3. Beiden kunnen virale nucleïnezuren afbreken.
Om het experimentele systeem op te zetten, onderdrukte de onderzoeksgroep eerst genetisch de expressie van NUC1 en SKI3 in gisten (nuc1∆ ski3∆) en kweekte deze cellen in glycerol, een koolstofbron waarvan bekend is dat deze de mitochondriale activiteiten in gisten versterkt. Wanneer deze verzwakte gisten worden gekweekt in glycerol, zal infectie met het L-A mycovirus resulteren in letaliteit en groeistoornissen.
Om nieuwe antivirale factoren te vinden, zochten de onderzoekers eerst naar genen die kunnen interageren met NUC1 via een gepubliceerde genetische database genaamd BioGRID. Vervolgens selecteerde het team verder kandidaatgenen waarvan de deletie kan leiden tot groeistoornissen in gist met een nuc1∆ achtergrond. Als een gekozen gen een potentiële antivirale functie heeft, zal overexpressie van dit gen in nuc1∆ ski3∆ gisten hun groeistoornissen in de aanwezigheid van L-A mycovirus en glycerol blokkeren. Door gebruik te maken van dit experimentele systeem was de onderzoeksgroep in staat om verschillende factoren te identificeren die virale replicatie in gist kunnen remmen.
Interessant genoeg zijn de nieuwe antivirale genen die in gisten zijn gevonden betrokken bij diverse cellulaire processen en veel van deze genen hebben analoge kopieën in meer geavanceerde organismen, waaronder mensen. HSF1 bijvoorbeeld, een van de antivirale genen die in deze studie zijn geïdentificeerd, heeft ook een kopie in de mens. Opvallend is dat menselijke HSF1 ook geassocieerd is met de replicatie en pathogenese van verschillende virussen, waaronder HIV, SARS-Cov2 en denguevirussen.
Door het evolutionaire behoud van de antivirale genen die in dit werk zijn gevonden te erkennen, kunnen de onderzoekers inzicht krijgen in mogelijke afweermechanismen die aan deze genen zijn gekoppeld. Aangezien deze nieuw ontdekte antivirale factoren in gisten betrokken zijn bij verschillende cellulaire routes, heeft de onderzoeksgroep deze genen vervolgens als volgt ingedeeld in specifieke antivirale systemen:
- RNA exonucleasen: viraal RNA kan worden afgebroken door dit type enzym.
- Controle van translatie: translatie van gastheer-transcripten kan die van L-A mycovirus overstemmen.
- Stressrespons: infectie van het L-A mycovirus kan een dodelijke stressrespons opwekken bij gisten. Onder stressomstandigheden, zoals ophopingen van toxische eiwitten, kunnen specifieke genen zoals HSF1, een hoofdregulator van het L-A mycovirus, een dodelijke stressrespons veroorzaken.
De implicaties van de ontdekking
Hoewel gist het complexe immuunsysteem van de mens ontbeert, is dit eencellige organisme wel uitgerust met een arsenaal aan antivirale middelen. Met name de bevindingen van deze studie benadrukken de diverse antivirale systemen in gist en veel van deze nieuw ontdekte antivirale genen zijn ook evolutionair geconserveerd in de mens. Door zowel een genetische benadering als een eenvoudig modelorganisme te gebruiken, brengt dit werk oude immuunreacties aan het licht die cruciaal zijn voor antivirale verdediging.
Link to the original post: Sabrina Chau, Jie Gao, Annette J. Diao, Shi Bo Cao, Amirahmad Azhieh, Alan R. Davidson, and Marc D. Meneghini. Diverse yeast antiviral systems prevent lethal pathogenesis caused by the L-A mycovirus. PNAS March 8 2023
Featured image: created using http://www.biorender.com
Additional sources:
https://www.nature.com/articles/nri3787
https://www.nature.com/articles/ni1153
https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1002/2211-5463.13419
https://academic.oup.com/nar/article/34/suppl_1/D535/1133554?login=false
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 