انتشار این مقاله


نگاهی به زندگی خصوصی ویروس VSV: ایثارگری در دنیای ویروس‌ها

ویروس‌ها شاید برای ما بد باشند، اما روابط کاملاً متفاوتی با یک‌دیگر دارند.

جانداران اجتماعی در انواع و اقسام شکل‌ها و اندازه‌ها در طبیعت دیده می‌شوند. از گنده‌بک‌هایی مثل پستانداران بگیرید تا فسقلی‌هایی مثل باکتری‌ها، همگی جانداران اجتماعی هستند. زیست‌شناسان تکاملی اغلب در مورد رفتارهای هم‌نوع‌دوستانه در بین این جانداران دچار سردرگمی می‌شوند. چرا که هم‌نوع‌دوستی و فداکاری صفاتی هستند که در تضاد با بقای موجود زنده‌اند. به همین دلیل، چنین صفتی در برابر انتخاب طبیعی شانس زیادی برای بقا نخواهد داشت. ما در این مقاله به زندگی خصوصی ویروس VSV نگاه خواهیم کرد، تا ببینیم این موجودات مخرب نسبت به یک‌دیگر چه موضعی دارند. ولی قبل از آن که وارد بحث اصلی خود بشویم، بهتر است کارمان را با مرور اطلاعات پایه آغاز کنیم.

ویلیام د. همیلتون (William D. Hamilton)، یکی از زیست‌شناسان تکاملی برجسته‌ی قرن ۲۰ام بود، که توانست با ارائه‌ی یک نظریه‌ی ریاضی‌وار، تکامل رفتارهای هم‌نوع‌دوستانه را از طریق «انتخاب خویشاوندی» توضیح دهد. برای نمونه، خیلی از زنبورها و مورچه‌ها قید تولید مثل را می‌زنند و تمام نیروی خود را صرف دفاع از خانه‌هایشان می‌کنند. این رفتار چه توجیهی می‌تواند داشته باشد؟

باکتری‌شناس‌ها سعی کردند با ارائه‌ی مدل‌هایی از نظریه بازی به این پرسش پاسخ بدهند که چرا بعضی از باکتری‌ها یک سری مواد شیمیایی مطلوب برای همسایه‌های خود تولید می‌کنند. این در حالی است که یک دسته از باکتری‌ها هم از این فرصت سوء استفاده کرده و ایثارگری باکتری‌های دیگر را به فرصتی برای بقای خود تبدیل می‌نمایند.

بله، جانوران و حتا باکتری‌ها موجودات پیشرفته‌ای هستند؛ ولی تاکنون کسی نمی‌دانست که ایثارگری در ویروس‌ها نیز به چشم می‌خورد. این نیمه‌جانداران بدوی نوعی حیات اجتماعی دارند که به سازگاری آن‌ها با محیط و در نهایت تکامل‌شان کمک می‌کند. استوارت وست (Stuart West)، زیست‌شناس فعال در دانشگاه آکسفورد، می‌نویسد:

ویروس‌ها در تئوری بدون شک از ظرفیت بالایی به منظور برقراری تعامل‌های اجتماعی برخوردارند. این تعامل‌های اجتماعی می‌تواند به شکل‌گیری فرصت‌هایی برای همکاری و یا خصومت بینجامد. با این حال، تاکنون تلاش زیادی برای مشاهده‌ی چنین تعامل‌هایی در دنیای واقعی صورت نگرفته است.

استوارت وست

رافائل سان‌خوان (Rafael Sanjuan) و همکارانش در یک مطالعه‌ی جدید، با تلفیق نظریه‌ها و آزمایش‌های مرتبط، سعی کردند همکاری و خصومت بین ویروس‌ها را زیر ذره‌بین قرار دهند. سان‌خوان یک تبارشناس تکاملی است که در دانشگاه والنسیا مشغول به تحقیق است. او و همکارانش متوجه شدند که ساختمان فضایی یک عفونت ویروسی، در نوع رابطه‌ی ویروس‌ها با هم می‌تواند بسیار تأثیرگذار باشد. منظور از ساختمان فضایی، حمله‌ی جداگانه‌ی گروه‌های هم‌جنس از ویروس‌ها به بخش‌های مختلف بدن است. در یک سامانه‌ی همگن، ویروس‌های ایثارگر یا هم‌نوع‌دوست معمولاً بازی را به هم‌قطاران متقلب خود واگذار می‌کنند. بدین مفهوم که همیشه افراد سودجویی در آن دور و بر وجود دارند که نتیجه‌ی زحمات هم‌نوعان خود را به نفع خودشان پای‌مال سازند. اما اگر سامانه‌ی مذکور کاملاً همگن نباشد، و ویروس‌ها در دسته‌های مجزا و با فاصله از یک‌دیگر بدن را آلوده سازند، در این شرایط انواع ایثارگر می‌توانند بر محیط غلبه پیدا کنند. نتایج این مطالعه در ژورنال Nature Microbiology منتشر شده است.

برای نمونه، ویروس استوماتیت وزیکولار (VSV) را در نظر بگیرید. این ویروس باعث ایجاد زخم‌های دهانی می‌شود. VSV به خانواده‌ی ویروس هاری تعلق دارد، ولی به آن اندازه خطرناک نیست. عفونت با این ویروس در پستانداران، سلول‌ها را وادار به تولید ماده‌ای به نام «اینترفرون» می‌کند. اینترفرون به فضای خارج سلولی آزاد شده و سلول‌های همسایه را از تهاجم ویروسی آگاه می‌سازد، و آن‌ها نیز مکانیسم‌های دفاعی خودشان را فعال می‌کنند.

بیش‌تر بخوانید: تکامل بشر مدیون ویروس‌هاست

سویه‌ی وحشی VSV عملکرد متفاوتی دارد. این سویه از ویروس، به شکل مخفیانه فعالیت کرده و اجازه‌ی فعال شدن دستگاه ایمنی داخل سلولی را به سلول آلوده نمی‌دهد. در نتیجه، دیگر اینترفرون تولید نمی‌شود. این توانایی فوق‌العاده‌ای به نظر می‌رسد، ولی هر چیزی هزینه‌ی خود را دارد. سویه‌ی وحشی VSV علی‌رغم داشتن این توانایی، با سرعت بسیار کمی می‌تواند همانندسازی کند. اما کم یا زیاد بودن سرعت همانندسازی، مادامی که اجازه‌ی گسترش پیدا کردن عفونت را بدهد، اهمیت چندانی ندارد. مسئله وقتی بغرنج می‌شود که عده‌ای ویروس متقلب در بین این جمعیت پرتلاش ظاهر گردند.

ویروس VSV متقلب به سویه‌ی دیگری تعلق دارد، و از همین رو، توانایی خاموش‌سازی ایمنی داخل سلولی را به ارث نبرده است. تنها حضور این ویروس برای تحریک ترشح اینترفرون کفایت می‌کند. اما این ویروس‌های بدجنس هم‌چنان از توانایی سویه‌های دیگر در سرکوب ترشح اینترفرون سود می‌برند. در واقع سویه‌ی خوب VSV، از ترشح اینترفرون جلوگیری می‌کند، و سویه‌ی بد VSV، از این شرایط به نفع خود استفاده می‌کند. (دقت کنید که هر دو سویه برای ما بد است!) از آن‌جایی که ویروس‌های متقلب هزینه‌ی سرکوب تولید اینترفرون را پرداخت نمی‌کنند، می‌توانند در کوتاه‌مدت بر ویروس‌های ایثارگر یا سویه‌ی وحشی، غالب شوند. از دیدگاه رفتار اجتماعی، سرکوب تولید اینترفرون توسط سویه‌ی وحشی VSV نوعی رفتار ایثارگرانه به حساب می‌آید، چرا که ویروس در عمل خود را فدای هم‌نوعان متقلب خود می‌کند.

بیش‌تر بخوانید: پاسخ ایمنی سلولی چیست

البته، پایان کار برای هر دو نوع ویروس غم‌انگیز است. در نهایت، ایمنی اینترفرونی هم سویه‌ی وحشی و هم سویه‌ی متقلب را از همانندسازی باز می‌دارد. حال که فهمیدیم داستان از چه قرار است، می‌توانیم نتیجه‌گیری کنیم که انتخاب طبیعی خیلی از سویه‌ی وحشی VSV حمایت نمی‌کند. توانایی این سویه از ویروس با این که بر روی کاغذ بسیار عملکردی به نظر می‌آید، ولی در عمل باعث می‌شود که خود ویروس در همانندسازی و نسل‌‎‌زایی شکست بخورد. ولی اگر انتخاب طبیعی در نظر داشت این ویژگی را حذف کند، خیلی وقت پیش این کار را می‌کرد، مگر نه؟

یافته‌ی جدید سان‌خوان و همکارانش به ما نشان می‌دهد که نه ماجرا به این سادگی است، و نه انتخاب طبیعی این‌قدر ساده‌لوحانه عمل می‌کند. VSVهای سرکوب‌گر اینترفرون هم‌چنان می‌توانند همانندسازی کرده و عفونت را گسترش دهند، ولی به شرطی که از ویروس‌های متقلب جدا گردند. خبر خوب برای ویروس‌ها این است که بدن پستانداران پر از موانع و سدهایی است که می‌تواند محیط بسیار امنی را برای رشد این ویروس‌های ایثارگر فراهم سازد.

پژوهشگران اسپانیایی جهت شبیه‌سازی شرایط ویژه‌ای که سرکوب ایمنی ذاتی در آن روی می‌دهد، نظریه‌ی همیلتون را به عنوان اسکلتی برای طراحی مدل خود به کار بردند. بر اساس قانون همیلتون، ایثارگری هنگامی تکامل پیدا می‌کند که حاصل‌ضرب r در B بیش‌تر از C باشد، و یا:

r × B > C

که در آن:

  • B: سود دریافت‌کننده
  • r: مقدار نزدیکی دریافت‌کننده به دهنده
  • C: هزینه‌ای که بر دهنده تحمیل می‌شود

محققان هم‌چنین از متغیری استفاده کردند که نشان بدهند سود دریافت‌کننده یا همان B، به حضور سویه‌ی وحشی و یا متقلب VSV در محیط بستگی دارد. آن‌ها با دخیل کردن قانون همیلتون به دو جمعیت همگن و غیرهمگن از دو سویه‌ی VSV، توانستند به صورت تجربی مقدار هر یک از متغیرها در معادله‌ی همیلتون را تخمین بزنند.

برای این که صفت سرکوب ایمنی ذاتی تکامل بیابد، به یک ساختمان فضایی نیاز خواهد بود. به خاطر این که هم ویروس و هم پاسخ اینترفرونی میزبان از یک سلول به سلول دیگر انتشار پیدا می‌کند، نمی‌توان از ظهور ساختارهای فضایی در یک عفونت جلوگیری کرد. محدودیت‌هایی که متوجه سرعت انتشار ذرات ویروسی و مولکول‌های اینترفرون می‌شود، به همراه موانع فیزیکی موجود در بافت‌های بدن، نوعی ناهمگنی فضایی به وجود می‌آورند که اجازه‌ی تکامل صفت مذکور را به این ویروس‌ها می‌دهد.

پیامد نهایی سناریوهای گوناکون تکاملی در حیوانات با الگوی رفتاری پیچیده، و در باکتری‌های با روابط نسبتاً چندجانبه، تحت تأثیر عوامل خارجی متعددی قرار می‌گیرد. اما در مورد ویروس‌ها، پیامد نهایی بسیار ساده‌تر است. این ساختار فضایی عفونت است که مسیر را تعیین می‌کند. به جز این مورد، هیچ عامل دیگری وجود ندارد که بتواند پیامد نهایی در این سامانه را تغییر دهد. در صورتی که ویروس‌ها به صورت همگن در هم بیامیزند، دیگر سویه‌های وحشی ایثارگر قادر به حفظ بقای خود نخواهند بود. تنها در حالتی که این ویروس‌ها از یک‌دیگر جدا شوند، رفتار ایثارگرانه ارزش تکاملی خواهد داشت.

یکی دیگر از جوانب مربوط به تکامل اجتماعی ویروس‌ها که اتفاقاً توسط سان‌خوان مورد بررسی قرار گرفته، این مسئله است که چرا ذرات ویروسی متعدد با یک‌دیگر هم‌دست شده و هم‌زمان به یک سلول حمله می‌کنند. قرارداد طبیعی حکم می‌کند که اگر ذرات ویروسی در کنار یک‌دیگر جمع شوند، در آن صورت ذرات کم‌تری برای آلوده‌سازی سلول‌های مجاور در محیط حضور خواهند داشت. بنابراین، چنین رفتاری هزینه‌بر است؛ چرا که توانایی انتشار ذرات ویروسی را محدود می‌سازد.

اما این فقط یک سوی ماجرا است. سان‌خوان و همکارانش پس از تحقیقات بیش‌تر دریافتند که گردهم‌آیی ویروس‌ها باعث می‌شود که بتوانند سریع‌تر همانندسازی کنند. این نتیجه بسته به نوع سلول میزبان، می‌تواند متفاوت باشد. برای مثال، در سلول‌های بدخیم که مکانیسم‌های ایمنی ذاتی از قبل خاموش شده است، چنین رفتاری به نفع ویروس نخواهد بود. وقتی شما یک برگ برنده در دست‌تان دارید که در مکان خاصی نمی‌توانید از آن استفاده کنید، در واقع دیگر برگ برنده‌ای ندارید. اما سلول‌های طبیعی بدن، ایمنی ذاتی قدرتمندی دارند که حاضر و آماده در اختیار ویروس‌ها قرار می‌گیرد، تا در نهایت غیرفعال گردد. بنابراین، نتیجه‌ی نهایی به نفع ویروس‌های سرکوب‌گر ایمنی خواهد بود.

هرچند راهبرد گردهم‌آیی ویروس‌ها جهت آلوده‌سازی سلول‌ها به نفع همانندسازی این ذرات موذی است، ولی از سوی دیگر، احتمال چیرگی ویروس‌های متقلب را نیز افزایش می‌دهد. موقعیتی را فرض کنید که در آن تعدادی ویروس وارد یک سلول شده‌اند. اگر تنها یکی از این ویروس‌ها چندتایی از ژن‌های خود را در اثر جهش از دست بدهد، در آن‌صورت خواهد توانست سریع‌تر همانندسازی بکند. این ویروس که هم‌اکنون سبک‌تر از هم‌رده‌های خود است، بدون این که کار سنگینی در داخل سلول میزبان انجام بدهد، از نتیجه‌ی تلاش دیگر ویروس‌ها نفع می‌برد.

حال بیایید کمی عملی‌تر صحبت کنیم. این ویروس‌های سبک‌وزن که ژنوم ناقص دارند «ذرات مداخله‌گر معیوب» یا “defective interfering particles” نامیده می‌شوند. این ویروس‌ها واقعاً سبک‌وزن هستند، خیلی از آن‌ها تا ۹۰ درصد از محتوای ژنتیکی خود را از دست داده‌اند. DIPها در واقع یک قطعه‌ی ناچیز از RNA هستند که به طور دیوانه‌وار همانندسازی می‌کنند. اما هر چیزی در این دنیا هزینه‌ی خود را دارد. DIPها به قدری ناکامل‌اند که توانایی آلوده‌سازی سلول‌های دیگر را به صورت مستقل ندارند. در نمونه‌های کشت سلولی که تراکم بالایی از ویروس‌ها در محیط حضور دارند، ذرات مداخله‌گر معیوب به دلیل توانایی ذاتی‌شان در همانندسازی سریع‌تر، نتیجه‌ی بازی را به نفع خود تغییر می‌دهند؛ تا جایی که ممکن است ۹۹ درصد عفونت از همین DIPها تشکیل شده باشد.

موجودیت DIPها یک معمای دیگر را بر سر راه‌مان قرار می‌دهد: آیا ویروس‌ها به نحوی یک‌دیگر را کنترل می‌کنند که بهترین پاسخ ممکن را به نیازهای چرخه‌ی حیات‌شان بدهد؟ یک ویروس هنگامی که می‌خواهد وارد یک سلول بشود، ترجیح می‌دهد با ویروس‌های دیگر این کار را انجام بدهد. دلیل آن را تا این‌جا فهمیدیم، هجوم هم‌زمان ذرات ویروسی متعدد با ایجاد عفونت هم‌زمان در ویروس میزبان، شانس بقای کلی هر ذره‌ی ویروسی را افزایش می‌دهد. اما در ادامه‌ی مسیر، راهبرد عاقلانه این خواهد بود که ویروس‌ها سرعت همانندسازی خود را کاهش بدهند؛ چرا که با هر چرخه‌ی همانندسازی، احتمال به وجود آمدن DIPها بالاتر می‌رود.

این همان معمایی است که ما نمی‌توانیم پاسخ مناسبی برایش پیدا کنیم. اما از حق نگذریم، معمای بسیار جذابی است.

میلاد شیرولیلو


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *