Miljarden jaren van meedogenloze oorlog

Meriç Öztürk - @merichyoztyurk
Door de geschiedenis heen is de mensheid het toneel geweest van talloze oorlogen. Van de oudheid tot de moderne tijd zijn miljoenen levens verloren gegaan in naam van ideologieën. Van de Reconquista, die 781 jaar duurde, tot de Tweede Wereldoorlog, die zes jaar duurde maar meer dan 70 miljoen levens eiste, van de Koude Oorlog tot de huidige cyberoorlogen: elk door mensen aangestuurd conflict is gevormd door politieke, economische of culturele belangen. Terwijl dit alles gebeurt, woedt er nog steeds een andere oorlog, ver buiten het publieke oog, die ouder is dan de menselijke geschiedenis.
Deze oorlog, die miljarden jaren geleden begon, zet virussen en bacteriën tegen elkaar op. Terwijl virussen proberen bacteriën te verslaan en zich te vermenigvuldigen, blijven bacteriën volledig defensief en proberen ze hun grenzen te verdedigen tegen de virussen. Deze twee microscopische krachten, die ernaar streven te overleven en hun genen door te geven aan de volgende generatie, ontwikkelen biologische wapens en slimme, volledig natuurlijke tactieken om elkaar te vernietigen.
INFILTRATIE IN DE CELVirussen, een van de partijen die betrokken zijn bij de oorlog die zich aan de andere kant van de microscoop afspeelt, kunnen hun genetisch materiaal niet repliceren zonder een levende cel te infiltreren. Eenmaal geïnfiltreerd, kapen ze een deel, soms alle, systemen van de gastheercel, kopiëren het genetische materiaal ervan en produceren nieuwe virussen, waardoor de gastheercel explodeert. Na de explosie komen vers geproduceerde virussen in de lucht terecht, infecteren omliggende cellen en nemen de bacteriële omgeving over. Bacteriën daarentegen reageren op al deze stappen. De eerste stap is bijvoorbeeld voorkomen dat het virus binnendringt. Buiten de bacteriële cel bevinden zich structuren aan de celwand die communicatie met andere bacteriën en de omgeving mogelijk maken. Virussen interageren met deze structuren om de cel te infiltreren. Om dit te voorkomen, ontwikkelen bacteriën mutaties in deze structuren die de communicatie met de omgeving en andere bacteriën niet belemmeren, maar juist voorkomen dat virussen zich binden. Natuurlijk initiëren bacteriën deze mutaties niet bewust. Wanneer een of enkele bacteriën in de populatie een dergelijke mutatie bezitten, krijgen ze een evolutionair voordeel omdat ze niet langer het doelwit van virussen zijn, en hun aantal neemt toe. Hierdoor neemt ook de kans toe dat de eigen soort in stand blijft.
DNA-molensMaar in de meeste gevallen infiltreren virussen succesvol bacteriën en deponeren hun genetisch materiaal in de cel. Dit genetisch materiaal bevat de informatie die nodig is om nieuwe virussen te produceren. Als het niet vernietigd wordt, stopt de hele cel snel met werken en begint deze informatie te gebruiken om virussen te produceren. CRISPR-systemen, een speciale kracht die bacteriën door evolutie hebben verworven, komen in dit stadium in actie en breken het virale genetische materiaal onmiddellijk af.
CRISPR-systemen zijn structuren die bestaan uit een RNA dat zich bindt aan viraal DNA en een of een groep moleculen eromheen. Deze informatie, die in kwantitatief vorm aanwezig is in het bacteriële genoom, begint direct te worden geproduceerd nadat het virus zijn genetisch materiaal in de cel heeft vrijgegeven. De geproduceerde structuur detecteert het virale DNA met behulp van moleculen die het RNA omringen, en het RNA bindt zich aan het doelwit. Als de binding succesvol is, wordt het doelwit in de laatste fase volledig vernietigd, waardoor een mogelijke virale invasie wordt voorkomen. We zeggen "als" omdat virussen geen peren plukken. Net zoals bacteriën mutaties ontwikkelen in structuren buiten de cel, kunnen virussen ook mutaties in hun genetisch materiaal ontwikkelen die CRISPR-systemen kunnen ontwijken. Dankzij deze mutaties kan de structuur, bestaande uit RNA en andere moleculen, het virale DNA niet detecteren, of, als het dat wel doet, kan het het doelwit niet succesvol binden en vernietigen. Zo zet het virus zijn reis in de cel voort.
Altruïstische bacteriënNaast CRISPR-systemen bestaan er nog vele andere systemen die viraal DNA aanvallen, verstoren of de vorming van nieuwe virussen voorkomen. Hoewel al deze systemen hetzelfde doel dienen, ontwikkelen virussen die bacteriën infecteren ook methoden om deze systemen te omzeilen. Wanneer al deze afweermechanismen falen, hebben bacteriën nog maar één optie: hun stofwisseling tijdelijk of permanent stilleggen.
Zoals gezegd hebben virussen levende cellen nodig om hun genetische erfgoed door te geven, omdat ze geen eigen metabolisme hebben. Als een bacterie die door een virus wordt binnengedrongen, zijn metabolisme dus zo snel mogelijk stillegt, is er geen probleem. Sommige bacteriën doen dit tijdelijk, terwijl andere volledig uitsterven. Het belangrijkste doel hiervan is om te voorkomen dat andere bacteriën in hun omgeving door de virussen worden geïnfecteerd. Virussen bestaan, net als alle cellen, uit verschillende structuren. Deze structuren worden individueel geproduceerd met behulp van het metabolisme van de gastheercel en vervolgens binnen de cel gecombineerd om nieuwe virussen te vormen. Tijdens de productie van deze structuren komen bepaalde bijproducten vrij die informatie verschaffen over het bacteriële metabolisme. Hoewel virussen dit niet van plan zijn, kan deze informatie binnen de cel worden vertaald in een signaal om het metabolisme te "stoppen". Zelfopofferende bacteriën die het signaal ontvangen, dragen vervolgens hun steentje bij om andere bacteriën te beschermen tegen mogelijke infecties.
Elk organisme in de natuur probeert op verschillende manieren zijn aanwezigheid op het toneel van de geschiedenis te behouden. De wapenwedloop tussen virussen en bacteriën vat deze situatie perfect samen. En we zijn getuige van het verhaal van alleen degenen die daarin slagen.
BirGün