Hogy kerül a fekete özvegy génje egy vírusba?

A világ legsikeresebb mikrobája inkább csak a rovarokkal, pókokkal foglalkozó biológusok számára közismert.

A világ legsikeresebb mikrobája inkább csak a rovarokkal, pókokkal foglalkozó biológusok számára közismert. Ez a Wolbachia, egy baktérium, amely a világ ízeltlábú fajainak negyven százalékában megtalálható. Hogy ez milyen elképesztő elterjedtséget jelent, érdemes tudni, hogy az ízeltlábúak törzsébe tartozik az összes állatfaj nyolcvan százaléka. Már ma is több mint egymillió ízeltlábú fajt ismerünk, de a becslések szerint a valós számuk ennek öt-tízszerese is lehet. A Wolbachia az összes nagy ízeltlábú csoport sejtjeit képes megfertőzni, így megtalálható a rovarokban, a pókszabásúakban és a rákokban is. Ezek számos tekintetben különböznek egymástól, ami rávilágít arra, hogy a baktérium milyen sokféle környezetben is megállja a helyét.

A különféle fajokban eltérő tüneteket okoz. Van, amelyiknek megváltoztatja a szaporodási viselkedését, egy lepkefaj hímjeire halálos, de a nőstényekre nem, de az is előfordul, hogy a fertőzött hímek nőstényekké alakulnak. Más rovarok számára kifejezetten előnyös a fertőzés, hiszen immúnissá válhatnak ezáltal egyes vírusok ellen. Utóbbi jelenségnek nagy jelentősége van a mi számunkra is, hiszen elméletben így meg lehetne akadályozni, hogy a szúnyogok terjesszék a dengue-láz, a sárgaláz vírusát vagy a zikavírust.

Mostani történetünk azonban egy még kisebb élősködőről, a Wolbachiát fertőző WO-nak nevezett vírusról szól. Ha a Wolbachia a legsikeresebb baktérium, a WO valószínűleg a legelterjedtebb vírusok egyike, hiszen a legtöbb Wolbachiában megtalálható. A WO tehát bakteriofág, azaz baktériumokat fertőző vírus. Ezek általában a gazdasejt molekuláris mechanizmusait kihasználva megsokszorozzák magukat, mígnem a baktérium a benne szaporodó rengeteg vírustól szétpukkan és elpusztul. Ha a körülmények nem ideálisak a szaporodásra, a WO, miután DNS-e beépült a baktérium kromoszómájába, nyugalomba merül, és vár a megfelelő pillanatra, amikor szaporodni kezd. Eddigi ismereteink szerint egy vírus csak baktériumokat vagy csak a magasabb rendű élőlényekre jellemző, úgynevezett eukarióta sejteket támadhat, mindkettőt nem.

Seth és Sarah Bordenstein, az amerikai Vanderbilt Egyetem biológusai már másfél évtizede tanulmányozzák ezt a vírust. A The Atlantic tudósítása szerint igencsak unják már a témát, közel álltak ahhoz, hogy keressenek egy érdekesebb mikrobát. Csak egyetlen kérdésre nem sikerült választ találniuk: hogyan fertőznek meg a vírusok olyan Wolbachiákat, amelyek egy másik sejtben tartózkodnak? Amikor a WO vírusok kiszabadulnak korábbi gazdabaktériumukból, akkor még mindig az ízeltlábú egy sejtjén belül tartózkodnak. Ahhoz tehát, hogy átjussanak egy másik sejtben élősködő Wolbachiába, először ki kell kecmeregniük az eredeti sejtből, majd bejutni a másik eukarióta sejtbe. Ahogy az előbb írtuk, korábbi tudásunk szerint nincsenek olyan vírusok, amelyek baktériumokat és eukarióta sejteket is meg tudnának fertőzni, ami elvileg azt jelentené, hogy a bakteriofágok nem is tudnak átvergődni az eukarióta sejt hártyáján. A WO ezt az akadályt mégis leküzdötte valahogy.

Hogy a WO vírusok akkor mégis hogyan csinálják, annak kiderítéséhez a mikrobiológusok szekvenálták a WO genomját, tehát feltérképezték, hogy milyen gének alkotják örökítőanyagát. A gének kétharmada a szokásos vírusgén volt: ezek olyan fehérjéket kódolnak, amelyek a baktériumba való bejutáshoz és önmaga reprodukálásához kellenek. De ott volt a maradék egyharmad, amelyet olyan DNS-szakaszok alkottak, amilyeneket még soha azelőtt nem láttak vírusban. De állatokban igen, ezek ugyanis tipikus állati gének voltak, konkrétan ízeltlábú állatok génjei. Pedig biztos, hogy a vírus saját génjeiről volt szó, minthogy azokban a Wolbachia törzsekben, amelyek nem voltak WO-val fertőzöttek, e gének hiányoztak. Magyarul felfedezték, hogy a vírus saját DNS-ében állati eredetű géneket is továbbörökít.

Az egyik ilyen gén a latrotoxin nevű méreganyagot kódolta, amelynek segítségével a fekete özvegyek megölik áldozataikat. Korábban a latrotoxint csak pókokban találták meg. Mikroszkopikus szinten a latrotoxin felhasítja a megmart állatok sejtjeinek hártyáját, ami után a sejt beltartalma kifolyik, a sejt – és sok esetben az egész áldozat – elpusztul. Ez a fehérje nagyon jól jön a vírusnak, amely talán ennek segítségével jut be a szomszéd gazdasejtbe, hogy az ottani Wolbachia baktériumokat is megfertőzze. Ez azonban egyelőre csak feltételezés, a pontos mechanizmus felderítése csak a kutatás következő lépése lesz.

Az egyelőre nem világos, hogy hogyan jutottak a latrotoxin génjei a fekete özvegyből a vírusba. Az is elképzelhető, hogy e gének eredetileg a vírus sajátjai voltak, és a pók szerezte meg őket valahogy, a kutatók azonban azt valószínűsítik, hogy a fajok közötti átvitel (szakszóval: horizontális géntranszfer) iránya fordított lehetett. Vagy közvetlenül a póksejtekből, vagy a Wolbachia baktérium közvetítésével juthatott át a gén a WO-ba. Bárhogy is, mindez arra utal, hogy a WO-nak sikerült átlépnie a baktérium- és az eukarióta sejtek között magasodó, eddig univerzálisnak gondolt falon, és képessé vált mindkét sejttípus örökítőanyagát kezelni.

A vírus DNS-ében több más állatból származó gént is találtak, amelyekről azt valószínűsítik, hogy azok is a WO túlélését segíthetik a különböző gazdasejtekben. Például ezen gének termékeinek segítségével a vírus elérheti, hogy a gazda immunrendszere ne ismerje fel őt kórokozóként, így békén hagyja. De a baktérium is hasznot húzhat a benne élő vírusok különleges képességeiből. Ilyenformán lehetséges, hogy a WO elindult az úton, amely a bakteriális kórokozótól a mindkét fél számára előnyös szimbionta felé tart.