Vi khuẩn đem đến khả năng miễn dịch chống lại các loại virus khổng lồ

Một nhóm nghiên cứu do nhà vi trùng học Matthias Horn từ Trung tâm Khoa học Hệ thống Môi trường và Vi sinh vật tại Đại học Vienna dẫn đầu đã xem xét quá trình lây nhiễm virus của trùng amip khi bị nhiễm khuẩn chlamydia cùng lúc. Lần đầu tiên, họ đã chỉ ra rằng vi khuẩn nội bào (còn gọi là vi khuẩn cộng sinh) bảo vệ vật chủ của chúng chống lại virus.

Trùng amip là một vi sinh vật nguyên sinh, tức vi sinh vật đơn bào có nhân tế bào. Sinh vật nguyên sinh đóng vai trò quan trọng trong mạng lưới thức ăn và các quá trình hệ sinh thái. Do đó, kết quả của nghiên cứu cho thấy sự tương tác giữa vi khuẩn cộng sinh và virus ảnh hưởng đến dòng chảy của các chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái.

Trong điều kiện tự nhiên, sinh vật nguyên sinh, bao gồm các amip được nghiên cứu, thường bị nhiễm vi khuẩn cộng sinh, bao gồm chlamydiae. Chlamydiae chủ yếu được coi là mầm bệnh ở người. Tuy nhiên, họ hàng gần của những chlamydiae gây bệnh này đã được phát hiện ở nhiều loài động vật và sinh vật nguyên sinh.

“Vì theo kiến thức hiện tại, nhiễm chlamydia khiến vật chủ tăng trưởng chậm hơn, nên chlamydiae thường được coi là ký sinh trùng”, Patrick Arthofer, tác giả thứ nhất của nghiên cứu đăng trên tạp chí PNAS và là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Trung tâm Khoa học Hệ thống Môi trường và Vi sinh (CMESS) giải thích.

Vi khuẩn ký sinh có tác động tiêu cực đến vật chủ, trong khi vi khuẩn cộng sinh lại có tác động tích cực là tương hỗ. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy chlamydiae thực sự theo hướng tương hỗ chứ không phải ký sinh trùng, vì chúng bảo vệ các sinh vật nguyên sinh chống lại nhiễm trùng gây chết người do các loại virus khổng lồ. Rốt cuộc, tăng trưởng chậm hơn vẫn tốt hơn là chết” Arthofer nói.

Nhiễm vi khuẩn hoặc virus định hình sự phát triển của các quần thể vi sinh vật nguyên sinh. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Vienna và Đại học Poitiers ở Pháp muốn biết tiến trình lây nhiễm virus sẽ diễn ra như thế nào nếu sinh vật nguyên sinh bị nhiễm vi khuẩn cùng lúc. Họ đã phân lập amip, vi khuẩn và một loại virus khổng lồ từ cùng một mẫu môi trường.

Virus khổng lồ chỉ mới được biết đến trong khoảng 20 năm gần đây. Khám phá của họ thách thức nhiều giả định trước đây về virus, vì chúng không chỉ lớn hơn nhiều lần so với tất cả các loại virus đã biết trước đây, mà còn sở hữu các gene từng được cho là đặc trưng của các sinh vật tế bào như vi khuẩn, động vật, thực vật và nấm. Theo kiến thức hiện tại, chúng hoàn toàn vô hại đối với động vật và con người. Vật chủ tự nhiên của chúng là các sinh vật đơn bào có nhân tế bào, sinh vật nguyên sinh.

Khi các virus khổng lồ lây nhiễm vào tế bào chủ, chúng sẽ tu sửa lại toàn bộ tế bào chủ và thiết lập một “nhà máy sản xuất virus”. Nhà máy sản xuất virus này sản xuất hàng trăm hạt virus mới cho đến khi tế bào chủ vỡ ra và giải phóng virus mới. “Nếu sinh vật nguyên sinh bị nhiễm vi khuẩn cộng sinh thì quá trình này sẽ bị chặn lại,” Matthias Horn, người đứng đầu nhóm nghiên cứu tại Đại học Vienna giải thích. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sự hiện diện của chlamydia không ngăn được virus vào, nhưng virus sau đó không thể hình thành được một nhà máy sản xuất virus”.

Sự tương tác của vi khuẩn với các virus khổng lồ bên trong amip không chỉ tác động đến vật chủ. Horn nói: “Một giả thuyết phổ biến là những tương tác nội bào giữa các virus khổng lồ và vi khuẩn cộng sinh đã đóng vai trò quan trọng trong việc khiến các virus khổng lồ trở nên phức tạp như vậy”. Do đó, nghiên cứu về tương tác giữa virus – vi khuẩn cộng sinh có thể cung cấp câu trả lời cho câu hỏi virus khổng lồ đã tiến hóa như thế nào.

Sinh vật nguyên sinh trải dài khắp nơi – trong nước ngọt, nước biển, đáy biển, và nhiều địa điểm khác. Chúng ăn vi khuẩn, do đó hấp thụ các chất dinh dưỡng liên kết trong vi khuẩn và khi bị ăn thịt, chúng truyền lại chất dinh dưỡng cho động vật khác, ví dụ các loài giáp xác nhỏ. Bằng cách này, động vật cũng có thể dùng các chất dinh dưỡng do vi khuẩn cung cấp. Nhưng nếu các sinh vật nguyên sinh bị virus tiêu diệt, các chất dinh dưỡng được giải phóng ra chỉ có thể được chuyển hóa một lần nữa bởi vi khuẩn.

“Nếu chlamydiae bảo vệ sinh vật nguyên sinh trước virus, chúng không chỉ đảm bảo rằng vật chủ của chúng vẫn là nguồn thức ăn cho động vật nhỏ. Hơn thế giữa, việc cộng sinh với vi khuẩn còn ảnh hưởng tới toàn bộ chu trình dinh dưỡng trong hệ sinh thái,” Arthofer giải thích.

“Nói chung, việc xem xét kỹ hơn các tương tác cộng sinh của virus cho chúng ta biết điều gì đó về động lực của hệ sinh thái”, Matthias Horn nói. Do đó, trong bước tiếp theo, các nhà khoa học muốn điều tra cơ chế chính xác đằng sau sự bảo vệ thông qua trung gian vi khuẩn của các sinh vật nguyên sinh khỏi virus khổng lồ.

Trang Linh (lược dịch)

Nguồn: https://phys.org/news/2022-08-bacteria-immunity-giant-viruses.html

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2205856119