هر زمان که تماس می گیریم، پیام متنی می فرستیم یا فیلمی را تماشا می کنیم، مقداری از انرژی ذخیره شده در باتری تلفن همراه ما تمام می شود. سلول‌های زنده همچنین انرژی را به شکل «ارز» ذخیره می‌کنند که می‌توان آن را در صورت نیاز برای تأمین انرژی فرآیندهای حیات، نقد کرد. ارز اصلی انرژی تمام موجودات زنده روی زمین، مولکولی به نام آدنوزین تری فسفات (ATP) است.
در حالی که ذخیره انرژی در سلول ها با مولکول های ATP بسیار مهم است، اکنون کشف شده است که اجازه دادن به آنها برای آزاد کردن انرژی به همان اندازه مهم است و حتی می تواند زندگی را نجات دهد. در یک مطالعه جدید، محققان مؤسسه علوم Weizmann در اسرائیل خانواده جدیدی از پروتئین ها را توصیف کردند که اعضای آن می توانند انرژی سلول را کاهش دهند و در نتیجه از آن در برابر مهاجمان محافظت کنند. آنها دریافتند که این مکانیسم ایمنی ناشناخته قبلی تنها در موجودات تک سلولی وجود ندارد. این مکانیسم در طول بیش از یک میلیارد سال تکامل حفظ شده است و توسط بسیاری از موجودات، از مرجان ها گرفته تا زنبورها، استفاده می شود. این یافته ها در شماره 17 آگوست 2023 Cell با عنوان "یک خانواده حفاظت شده از عوامل ایمنی سلولی ATP را بر اثر عفونت ویروسی می شکند" منتشر شده است.
این استراتژی تازه کشف شده آخرین مورد از بیش از 100 مکانیسم پیچیده است که توسط باکتری ها در نبرد شجاعانه آنها علیه فاژها (ویروس هایی که به باکتری ها حمله می کنند) استفاده می کنند. بسیاری از این مکانیسم ها در آزمایشگاه پروفسور روتم سورک از گروه ژنتیک مولکولی در موسسه علوم ویزمن کشف و توصیف شدند.
مانند ویروس‌هایی که به بدن انسان حمله می‌کنند، فاژها از مقدار کمی پروتئین و مقدار زیادی ماده ژنتیکی (DNA یا RNA) تشکیل شده‌اند که آنها را به باکتری‌هایی که می‌خواهند تسخیر کنند، تزریق می‌کنند. پس از انجام این کار، فاژها از ماشین مولکولی باکتری برای تکثیر خود بارها و بارها استفاده می کنند. هنگامی که آنها منابع یک باکتری را تمام کردند، غشای باکتری را پاره می کنند، آن را می شکنند و در کلنی باکتری پخش می شوند.
در این مطالعه جدید، این نویسندگان بر روی ژنی تمرکز کردند که توجه آنها را به خود جلب کرد - ژنی که به طور مرموزی توانایی فاژ را برای تکثیر خود و آلوده کردن بقیه کلنی غیرفعال کرد. آنها دریافتند که این ژن مرموز پروتئینی را رمزگذاری می کند که مولکول های ATP را می شکافد و برای همیشه از بین می برد، بنابراین فاژ مهاجم انرژی لازم برای تکثیر خود را از بین می برد. این یک استراتژی ایمن سازی موثر است. آنها به این نتیجه رسیدند که این ژن در سیستم ایمنی باکتریایی نقش کلیدی دارد: بدون آن فاژهایی که باکتری ها را آلوده می کنند 100 برابر سریعتر تکثیر می شوند.
تصویر از سلول، 2023، doi:10.1016/j.cell.2023.07.020.
دکتر فرانسوا روست، محقق آزمایشگاه سورک، می گوید: "کاهش سطح ATP در سلول ها یک استراتژی ساده و درخشان است. فاژها بدون انرژی نمی توانند تکثیر شوند و باکتری ها در هر صورت آلوده شده و در شرف مرگ هستند، بنابراین بهتر است که خود را تخلیه می کنند تا از تکثیر فاژها و گسترش آنها به بقیه کلنی جلوگیری شود."
این نویسندگان همچنین دریافتند که در برخی موارد، کاهش ATP بر سیستم کنترل فاژ تأثیر می‌گذارد و باعث می‌شود که این سیستم کنترلی غشای سلولی باکتری را قبل از اینکه فرصتی برای تکثیر پیدا کند، به‌طور زودرس مختل کند. این امر از آسیب بیشتر به کلنی جلوگیری کرد. با کمال تعجب، این استراتژی بسیار رایج تر از آن چیزی است که ممکن است تصور شود. آنها پایگاه داده های ژنومی ده ها هزار گونه باکتری را اسکن کردند و بیش از 1،{1}} ژن ایمنی را یافتند که به روشی مشابه کار می کنند.
علاوه بر این، این نویسندگان از کشف خانواده ای از پروتئین ها به نام Detocs با توانایی مصرف ATP که تا آن زمان حتی به سیستم ایمنی بدن تعلق نداشتند شگفت زده شدند. این نشان می دهد که آنها یک استراتژی ایمنی جدید را کشف کرده اند که در صدها باکتری مختلف وجود دارد و آنها را قادر می سازد تا به طور موثر از خود در برابر فاژها دفاع کنند.
با این حال، این مطالعه جدید به باکتری ها محدود نشد. تجزیه و تحلیل جامع انجام شده توسط این نویسندگان نشان می دهد که موجودات پیشرفته تر - قارچ ها، حشرات (مانند زنبورها)، مرجان ها، اسفنج ها و بسیاری دیگر - همچنین پروتئین های برش دهنده ATP را با عملکردهای ایمنی تولید می کنند. اگرچه چنین پروتئین های ایمنی در انسان وجود ندارد، اما اعتقاد بر این است که آنها پیش سازهای باستانی پروتئین هایی هستند که سیستم ایمنی ذاتی انسان را می سازند.
سورک می‌گوید: "در چند سال گذشته، بسیاری از مطالعات از دانش سیستم ایمنی پیشرفته بیولوژیکی برای آشکار کردن استراتژی‌های ایمنی مورد استفاده توسط باکتری‌ها استفاده کرده‌اند. مطالعه جدید ما نشان می‌دهد که مقدار زیادی از دانش انباشته شده در مورد سیستم ایمنی باکتریایی به ما اجازه می‌دهد تا از آن پیروی کنیم. منطق مخالف - ما می‌توانیم با مطالعه سیستم ایمنی باکتری‌ها درباره سیستم ایمنی ارگانیسم‌های بالاتر بیاموزیم. مولکول‌های ATP جزو گسترده‌ترین مولکول‌های موجود در طبیعت هستند، بنابراین روشن کردن نقش آنها در ایمنی می‌تواند به ما کمک کند تا راهبردهای دفاعی بی‌شماری را درک کنیم. "