Viren infizieren Bakterien

Wussten Sie, dass Bakterien krank werden können, genau wie Sie? Wenn Sie sich jemals erkältet haben oder die Grippe hatten, wissen Sie, dass es keinen Spaß macht, sich mit einem Virus zu infizieren., Nun, es stellt sich heraus, dass die meisten Viren der Welt Bakterien anstelle von Menschen infizieren. Wissenschaftler nennen diese Viren Bakteriophagen (was wörtlich „Bakterienfresser“bedeutet). Es gibt ungefähr 1030 Viren im Ozean (das ist ein mit 30 Nullen dahinter!). Das ist mehr Viren als es Sterne im Universum gibt! Die meisten dieser Meeresviren infizieren Bakterien .

Vielleicht ist das alles neu für Sie, aber Bakterien und Viren gibt es schon sehr lange. Bakterien entwickeln sich seit dem Ursprung des Lebens neben Viren., Sie sind seit über 3 Milliarden Jahren in einem ständigen Kampf gefangen . Nach all der Zeit haben Bakterien ein paar Tricks entwickelt, um sich zu verteidigen.

Bakterien verteidigen sich, genau wie wir

Ihr Körper hat viele Möglichkeiten, Sie davon abzuhalten, krank zu werden oder Ihnen zu helfen, schneller besser zu werden, wenn Sie krank werden. Ihre erste Verteidigungslinie ist Ihre Haut und die Membranen in Ihrem Körper. Diese halten böse Bakterien und Viren wie eine Wand fern. Wenn Sie einen Schnitt bekommen, warum müssen Sie vorsichtig sein, um ihn sauber zu halten? Damit Sie keine Infektion bekommen.,

Manchmal ist Ihre Haut jedoch nicht genug und Sie werden krank. Wenn Sie Fieber bekommen, ist dies ein Zeichen dafür, dass Ihr Körper versucht, alles zu bekämpfen, was Sie krank macht. Es gibt einige clevere Möglichkeiten, wie Ihr Körper Infektionen bekämpfen kann . Nachdem Ihr Körper zum ersten Mal eine Infektion durch einen Virus bekämpft hat, kann er sich daran erinnern, wie dieser Virus aussieht. Auf diese Weise würden Sie nicht wieder an diesem Virus erkranken. Sie werden den „Bösewicht“ erkennen und sich wehren. Wir nennen dieses Gedächtnis „adaptive Immunität“, und deshalb bekommen Menschen die Windpocken normalerweise nur einmal, und deshalb funktionieren Impfstoffe auch., Ein Impfstoff zeigt Ihrem Körper ein wenig ein totes oder geschwächtes Virus, so dass sich Ihr Körper an das Virus erinnern und später gegen die lebende Version kämpfen kann. Einige Viren ändern sich jedoch im Laufe der Zeit, so dass diese Erinnerungen nicht für immer funktionieren. Haben Sie eine Erkältung oder die Grippe mehr als einmal bekommen? Das liegt daran, dass sich diese Viren schnell ändern. Jedes mal, wenn Sie krank werden, ist es tatsächlich eine etwas andere version der Erkältung oder Grippe.

Bakterien scheinen viel einfacher zu sein als wir. Schließlich sind sie wirklich winzig und bestehen nur aus einer einzigen Zelle. Bakterien haben kein Gehirn oder andere Organe., Sogar ihre eine Zelle sieht viel einfacher aus als eine unserer eigenen Zellen. Trotzdem können sich Bakterien ähnlich wie wir vor Viren schützen.

Zunächst ist jedes Bakterium von einer „Zellmembran“ und einer „Zellwand“ umgeben.“Diese Strukturen sind wie Schilde, die Bakterien vor der Welt schützen, ähnlich wie Ihre Haut Sie schützt. Viren müssen sich an der Außenseite einer Zelle anhaften und durchstoßen, um hineinzukommen. Wenn die Bakterien die Form ihrer Zellwände verändern, kann dies verhindern, dass Viren an ihnen haften. Dann werden die Bakterien vor Infektionen geschützt.,

Was passiert, wenn ein Virus durch die Zellwand eines Bakteriums gelangt? Nun, einige Bakterien haben auch eine adaptive Immunität, genau wie wir! Das bedeutet, dass sie einen Speicher eines Virus speichern können, um sich später zu schützen. Wissenschaftler haben dies erst vor relativ kurzer Zeit entdeckt . Früher dachte niemand, Bakterien seien komplex genug, um so etwas wie adaptive Immunität zu haben. Die Natur überrascht Wissenschaftler weiterhin mit neuen, seltsamen Dingen. Wir nennen das System, das adaptive Immunität bei Bakterien bietet, das „CRISPR“ – System.,

CRISPR steht für „clustered regularly-interspaced short palindromic repeats“, eine komplizierte Art zu beschreiben, wie CRISPR aussieht. Als Wissenschaftler den genetischen Code einiger Bakterien (ihrer DNA) sequenzierten, fanden sie ein Muster, in dem dieselbe kurze Sequenz immer wieder mit einigen Lücken dazwischen wiederholt wurde (regelmäßig-interspaced). Diese kurzen wiederholten Bits waren Palindrome, was bedeutet, dass sie vorwärts oder rückwärts gleich aussahen (wie die Wörter „Kajak“ und „Rennwagen“). Schließlich wurden alle Wiederholungen in der bakteriellen DNA nahe beieinander gruppiert gefunden., Daher haben die Wissenschaftler den Namen CRISPR erfunden. Wir geben zu, dass der Name ziemlich verwirrend ist, aber ich würde mir keine Sorgen machen, wenn ich Sie wäre. Wissenschaftler machen einen guten Job, um herauszufinden, wie die Welt funktioniert, aber wir sind nicht gut darin, einfache Namen für Dinge zu finden.

Wie funktioniert CRISPR?

Was meinen wir, wenn wir sagen, dass CRISPR Bakterien hilft, sich an ein Virus zu „erinnern“? Nun, um das zu verstehen, muss man zuerst verstehen, was ein Virus ist. Im Gegensatz zu Menschen und Bakterien bestehen Viren nicht aus Zellen., Stattdessen ist ein Virus ein Bündel von DNA oder RNA (ein Molekül, das mit DNA verwandt ist), das fest in eine Kapsel aus Proteinen verpackt ist. Sie können sich DNA als ein langes Buch vorstellen, das beschreibt, wie ein Lebewesen aussehen soll. Zum Beispiel beschreibt Ihre DNA, wie Ihr Körper funktionieren soll, und dieser „Code“ prägt zusammen mit der Welt um Sie herum, wie Sie wachsen. Alle Lebewesen speichern ihren genetischen Code als DNA, aber einige Viren haben stattdessen RNA., RNA macht so ziemlich dasselbe wie DNA für Viren, ist aber etwas anders aufgebaut (denken Sie an den Code für diese Viren, der auf Steintabletten anstelle von Papier geschrieben wird).

Zu Beginn einer Infektion wird die DNA oder RNA des Virus in eine Zelle injiziert (eine menschliche Zelle, wenn das Virus den Menschen infiziert, oder eine bakterielle Zelle, wenn das Virus Bakterien infiziert). Danach programmiert das Virus die Zelle neu, um viele Kopien des Virus zu erstellen. Schließlich werden diese Kopien in neue Kapseln verpackt. Schließlich wird die Zelle aufgebrochen und viele neugeborene Viren gehen in die Welt, um neue Zellen zu infizieren., Sie können sehen, wie dies in Abbildung 1 funktioniert.

CRISPR in bakteriellen Zellen arbeitet in zwei Schritten. Erstens, wenn ein Bakterium ein CRISPR-System hat, kann es kleine Stücke viraler DNA speichern. Jedes dieser Stücke kann als eine andere „Erinnerung gedacht werden.“Jetzt kennt das Bakterium einen Teil des „Codes“ des Virus und kann es später als „Bösewicht“ erkennen., Wenn sich ein Virus in eine Zelle injiziert und dieses Virus mit einem der gespeicherten Erinnerungen des Bakteriums übereinstimmt, weiß das Bakterium, dass etwas nicht stimmt. Sobald das Bakterium weiß, dass es infiziert wird, beginnt der zweite Schritt der CRISPR-Immunität. Das Bakterium verwendet sein CRISPR-System, um das Virus zu hacken, bevor das Virus eine Chance hat, Kopien von sich selbst zu machen. Voila, keine Infektion! Wie das funktioniert, zeigen wir in Abbildung 2. Natürlich „denken“ oder „wissen“ Bakterien Dinge nicht wie wir, weil sie kein Gehirn haben., Alle Schritte in CRISPR Immunität passieren automatisch, aber es ist hilfreich, sie als „Speicher“ zu betrachten, wenn Sie versuchen zu verstehen, wie sie funktionieren.

Warum kümmern wir uns so sehr um CRISPR?

In letzter Zeit war CRISPR viel in den Nachrichten. Die Leute sind sehr aufgeregt über dieses seltsame kleine System, mit dem Bakterien Viren bekämpfen! Warum so viel Aufregung Sie fragen?, Nun, es stellt sich heraus, dass wir Menschen ziemlich gut darin sind, die Werkzeuge zu stehlen, die wir über Milliarden von Jahren entwickelt haben, und sie für unsere eigenen Zwecke zu verwenden. Wissenschaftler konnten CRISPR in eine Art „DNA-Bearbeitung“ verwandeln . Bakterien verwenden CRISPR, um die DNA von Viren auf sehr spezifische Weise zu schneiden. Wissenschaftler haben herausgefunden, wie man mit CRISPR jede DNA sehr genau schneidet, wie wir wollen!

Warum wollen Wissenschaftler überhaupt DNA bearbeiten? Einige menschliche Krankheiten sind sehr schwer zu heilen, weil sie in unsere DNA kodiert sind. Diese Krankheiten werden nicht durch Viren oder Bakterien verursacht., Einige Beispiele sind Sichelzellenanämie und Mukoviszidose. Diese Krankheiten werden durch winzige Veränderungen des genetischen Codes verursacht. Diese Veränderungen lassen den Körper etwas anders arbeiten als sonst. Mit CRISPR können wir DNA bearbeiten und vielleicht diese kleinen Änderungen beheben. Dies bedeutet, dass CRISPR verwendet werden könnte, um einige dieser genetischen Krankheiten zu heilen. Das ist aber nicht alles. Wissenschaftler verwenden CRISPR, um härtere Ernten für uns zu entwerfen, um zu essen, zu versuchen, krankheitsübertragende Mücken loszuwerden und vieles mehr.

Wir lernen immer noch, wie man CRISPR am besten als Werkzeug einsetzt., Es ist wichtig, dass wir CRISPR aus guten Gründen verwenden. Kürzlich berichtete ein Wissenschaftler, dass er CRISPR verwendet habe, um die DNA von zwei Kindern zu bearbeiten. Er versuchte, sie gegen bestimmte Krankheiten resistent zu machen. Die globale wissenschaftliche Gemeinschaft war sehr besorgt, als sie dies erfuhren. Viele Wissenschaftler waren besorgt über die verwendeten wissenschaftlichen Verfahren. Andere bezweifelten, ob der Forscher ethisch gehandelt habe. Viele Wissenschaftler dachten, dass der Nutzen die Risiken nicht überwiegt. Die Krankheiten, die die Änderungen verhindert hätten, sind mit anderen Methoden leicht vermeidbar., CRISPR-Technologie ist noch nicht perfekt und könnte schädlich sein. Oft kann CRISPR Veränderungen in die DNA einführen, wo wir es nicht wollen. Die Verwendung der Technologie am Menschen kann riskant sein. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass, nur weil ein Wissenschaftler etwas tun kann, bedeutet nicht, dass Sie sollten. Wissenschaftler auf der ganzen Welt halten häufig große Treffen ab, um diese Probleme und den besten Weg nach vorne zu diskutieren. Bei diesen Treffen stellen sie sich und Mitgliedern der Öffentlichkeit Fragen wie: „Ist es jemals in Ordnung, die DNA eines Menschen zu bearbeiten?“und“ Wenn ja, wann wäre es in Ordnung?“Was denkst du?, Was ist, wenn wir CRISPR zur Heilung von Krankheiten verwenden? Was ist, wenn wir es für andere Zwecke verwenden, um intelligentere oder stärkere Menschen zu machen? Was, wenn es sich nur einige Familien leisten können? Es ist wichtig, dass wir uns diese Fragen stellen und Betroffene aus der ganzen Welt einbeziehen. Auf diese Weise können wir einen Weg wählen, der die Bedürfnisse und Sorgen aller Beteiligten besser berücksichtigt.

Virus: Ein Virus ist eine kleine Menge DNA oder RNA, die von einer Proteinhülle umgeben ist. Grundsätzlich ist ein Virus nur eine Bedienungsanleitung zum Erstellen weiterer Viren., Wenn das Virus in eine lebende Zelle eindringt (eine menschliche Zelle, wenn das Virus Menschen infiziert, oder eine Bakterienzelle, wenn das Virus Bakterien infiziert), programmiert es diese Zelle neu und verwandelt die Zelle in eine Virusfabrik.

Adaptive Immunität: Alle Organismen haben unterschiedliche Arten von Immunität, um sich vor Infektionen zu schützen. Adaptive Immunsysteme ermöglichen es Organismen, sich an Infektionen aus der Vergangenheit zu erinnern, um dieselben Infektionen in Zukunft besser zu bekämpfen.

Bakterium: Ein Bakterium ist ein mikroskopisch kleiner Organismus, der aus einer einzigen Zelle besteht. Ihre Zellen sind auch viel einfacher als die eines Menschen., Einige Bakterien können Sie krank machen, die meisten jedoch nicht. Tatsächlich verlassen Sie sich auf die Bakterien in Ihrem Darm, um gesund zu bleiben!

CRISPR: CRISPR ist ein adaptives Immunsystem, mit dem Bakterien Virusinfektionen bekämpfen. CRISPR ermöglicht es Bakterien, sich an Viren zu erinnern, die sie in der Vergangenheit gesehen haben, und diese Viren in Zukunft zu erkennen und zu bekämpfen.

DNA-Bearbeitung: Wissenschaftler haben herausgefunden, wie man mit CRISPR DNA bearbeitet. Das bedeutet, dass sie möglicherweise die „Bedienungsanleitung“ neu schreiben können, die jedem Organismus sagt, wie er leben und wachsen soll. Wir nennen dies “ DNA-Bearbeitung.,“

Interessenkonflikterklärung

Die Autoren erklären, dass die Untersuchung ohne kommerzielle oder finanzielle Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Suttle, C. A. 2005. Viren im Meer. Natur 437: 356. doi: 10.1038/nature04160

Chaplin, D. D. 2010. Überblick über die Immunantwort. J. Allergie Clin. Immunol. 125:S3–23. doi: 10.1016 / j. jaci.2009.12.980