ویروس‌ها یاد می‌گیرند که همکاری کنند؛ کشفی که درمان با فاژها را متحول می‌کند!

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که چگونه یک گونه باکتریایی منفرد می‌تواند از جامعه متنوعی از فاژها (ویروس‌های باکتری‌خوار) حمایت کند. این یافته‌ها پیامدهای مهمی برای طراحی درمان‌های مؤثر مبتنی بر فاژها دارد.

پژوهشگرانی از دانشگاه‌های نیویورک، آکسفورد و ییل نشان داده‌اند که فاژها می‌توانند با بهره‌گیری از نرخ‌های رشد مختلف در جمعیت باکتریایی با یکدیگر همزیستی کنند. این کشف نشان می‌دهد که استفاده از چندین فاژ به طور همزمان می‌تواند از ایجاد مقاومت در برابر درمان جلوگیری کند.

زندگی اجتماعی ویروس‌ها؛ کلید توسعه درمان‌های فاژی برای عفونت‌های باکتریایی

فاژها، ویروس‌هایی هستند که باکتری‌ها را آلوده کرده و می‌کشند، به عنوان درمانی بالقوه برای عفونت‌های خطرناک، از جمله سویه‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک، امیدبخش هستند. با این حال، دانش دانشمندان درباره چگونگی بقای فاژها در جمعیت‌های باکتریایی همچنان محدود است که این مسئله توسعه درمان‌های مؤثر مبتنی بر فاژ را دشوار می‌کند.

مطالعه‌ای که به تازگی در ژورنال Science منتشر شده است، اولین شواهدی را ارائه می‌دهد که نشان‌دهنده یک گونه باکتریایی منفرد است که می‌تواند از جامعه‌ای متنوع از فاژهای رقیب حمایت کند. پژوهشگران از دانشگاه‌های نیویورک، آکسفورد، و ییل دریافتند که چندین گونه فاژ می‌توانند در کنار هم در یک سویه ژنتیکی مشابه از باکتری اشریشیا کلی (E. coli) همزیستی کنند. این باکتری که معمولاً در روده انسان یافت می‌شود، شامل انواع بی‌خطر و بیماری‌زا است.

مکانیزم‌های تنوع فاژها

پژوهشگران دریافتند که علی‌رغم رقابت میان ویروس‌ها، گونه‌های مختلف فاژ سلول‌های باکتریایی کند یا سریع‌الرشد را که به‌طور تصادفی در جمعیت ظاهر می‌شوند، ترجیح می‌دهند. به این ترتیب، هر گونه فاژ توانست یک زیستگاه جداگانه در همان میزبان پیدا کند و به همزیستی پایدار برسد.

برای مثال، کمبود مواد مغذی محلی (گرسنگی) ممکن است رشد برخی سلول‌ها را کُند کند تا منابع محدود حفظ شوند. در این مطالعه، دو گونه فاژ به نام‌های N و S مشاهده شدند که به دلیل سازگاری متفاوتشان در سرعت رشد باکتری‌ها همزیستی کردند. فاژ N برای سلول‌های سریع‌الرشد مناسب‌تر بود، در حالی‌که فاژ S در سلول‌هایی با رشد کُند عملکرد بهتری داشت.

طراحی درمان‌های مؤثر با فاژها

طراحان درمان‌های مبتنی بر فاژ امیدوارند از مشکلی که در درمان با آنتی‌بیوتیک‌ها به وجود می‌آید، اجتناب کنند. در درمان‌های آنتی‌بیوتیکی، یک دارو باکتری‌ها را می‌کشد اما آن دسته از باکتری‌هایی که به طور تصادفی بیشترین مقاومت را نسبت به مکانیزم اثر دارو دارند، زنده می‌مانند. این باکتری‌های بازمانده نگرانی اصلی هستند زیرا به درمان‌های موجود مقاوم می‌شوند.

دکتر نورا پاینسون، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر پسادکترا در آزمایشگاه دکتر یوناس شلوتر از مؤسسه ژنتیک سیستم‌ها در مرکز پزشکی NYU Langone Health، گفت:

دانستن اینکه چگونه بیش از یک نوع فاژ می‌تواند در طول زمان روی یک باکتری بقا داشته باشد، می‌تواند به طراحی کوکتل‌های فاژی نسل آینده کمک کند. به عنوان مثال، ممکن است هر گونه فاژ به یک بخش متفاوت از چرخه زندگی باکتری حمله کرده و این امکان را فراهم کند که تمام جمعیت باکتری قبل از تکامل مقاومت به درمان از بین برود.

دکتر پاینسون افزود:

تاکنون هیچ درمان فاژی به عنوان درمان استاندارد برای عفونت‌های باکتریایی پذیرفته نشده است، زیرا در تلاش‌های گذشته، یک فاژ منفرد نتوانسته بود تمام باکتری‌های هدف را بکشد یا باکتری‌ها به فاژها مقاوم شدند، مشابه آنچه در مورد تکامل مقاومت نسبت به آنتی‌بیوتیک‌ها رخ می‌دهد.

درمان‌های فاژی در آزمایشات بالینی

دانشمندان در حال آزمایش درمان‌های فاژی به عنوان جایگزینی برای آنتی‌بیوتیک‌ها هستند. به عنوان مثال، دکتر پل ترنر، یکی از نویسندگان این مقاله از دانشگاه ییل، یک آزمایش بالینی را رهبری کرده که از فاژها علیه گونه Pseudomonas aeruginosa استفاده می‌کند. این باکتری می‌تواند باعث التهاب شدید در ریه‌های بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک شود.

آزمایشگاه دکتر شلوتر نیز در حال مطالعه نقش فاژها در اکوسیستم روده انسان و موش است. این تحقیقات می‌تواند به شکل‌گیری درمان‌های آینده برای عفونت‌هایی مانند سالمونلا کمک کند.

یکی از اهداف اصلی این مطالعات این است که تأثیر استفاده از فاژ را پیش‌بینی کرده و درمان‌های فاژی طراحی کنند که برخلاف نسخه‌های کنونی که باید برای یک بیمار خاص سفارشی‌سازی شوند، بتوانند به طور عمومی برای بسیاری از بیماران کاربرد داشته باشند.

بوم‌شناسی فاژها و تنوع ویروسی

درک تنوع گونه‌ها یک پرسش اساسی در بوم‌شناسی و زیست‌شناسی تکاملی است. یکی از عوامل مهم در حفظ تنوع، از پرندگان گرفته تا گیاهان و باکتری‌ها، این است که گونه‌ها راه‌هایی برای همزیستی پیدا می‌کنند، حتی زمانی که برای منابع رقابت می‌کنند. با این حال، ویروس‌ها معمولاً در این زمینه «اجتماعی» مورد مطالعه قرار نگرفته‌اند.

تیم تحقیقاتی کنونی به صورت تجربی فرضیه‌ای که مدت‌ها پذیرفته شده بود، یعنی محدودیت تنوع ویروس‌ها توسط تنوع ژنتیکی باکتری‌ها را آزمایش کرد. این فرضیه پیش‌بینی می‌کرد که یک نوع فاژ تمام انواع دیگر را شکست داده و به تنها گونه زنده تبدیل شود. اما همان‌طور که موجودات چندسلولی انواع گسترده‌ای از باکتری‌ها را در میکروبیوم خود میزبانی می‌کنند، نتایج جدید نشان می‌دهد که حتی یک سویه باکتریایی منفرد نیز می‌تواند جامعه متنوعی از گونه‌های فاژ را در خود جای دهد.

دکتر نورا پاینسون توضیح داد:

مطالعه ما به زمینه رو به رشد بررسی زندگی اجتماعی ویروس‌ها کمک می‌کند. اغلب ویروس‌ها را صرفاً از منظر تأثیرشان بر میزبان می‌نگریم، اما آنها همچنین با دیگر گونه‌های ویروسی تعامل دارند. این جوامع فاژی نشان می‌دهند که چگونه حتی در ساده‌ترین اجزای زیستی، تنوع پدید می‌آید.

تأثیر بر سلامت و بیماری

جالب است که حضور یک جمعیت متنوع از باکتری‌ها در روده انسان نشانه‌ای از سلامت است، زیرا تنوع گونه‌ها (میکروبیوم) توانایی بیشتری برای مقاومت در برابر سلطه هر گونه بیماری‌زای مهاجم دارد. به همین ترتیب، جمعیت ویروس‌هایی که در باکتری‌های موجود در روده زندگی می‌کنند نیز به عنوان یک تنظیم‌کننده مهم سلامت در حال شناسایی هستند. ترکیبات غیرطبیعی فاژها ممکن است در بروز شرایطی مانند سپسیس نقش داشته باشند.

دکتر یوناس شلوتر از بخش میکروب‌شناسی دانشگاه NYU Langone گفت:

این پژوهش تغییری در درک ما از بوم‌شناسی فاژها به وجود می‌آورد. به لطف کارهای نورا  که در طول یک همه‌گیری و در چهار آزمایشگاه مختلف انجام شد، اکنون می‌توانیم به فهم تکامل فاژها در کنار جوامع متنوع گونه‌های ویروسی بپردازیم و بررسی کنیم که چگونه این تعامل نقش آن‌ها را در سلامت و بیماری شکل می‌دهد.

منبع: Scietechdaily