Experten fanden lange Zeit keine Erklärung für die Fähigkeit von Bakteriophagen, von Zeit zu Zeit spontan „abzusch alten“. Tatsächlich stellte sich dieser Mechanismus als sehr ungewöhnlich heraus.
Du musst von weitem anfangen. Bereits in den 1970er Jahren schlug der sowjetische Physiker Alexander Davydov eine interessante Theorie vor, die die Änderung der Konformation (Form) langer Molekülketten erklärt. Nachdem er eine Gleichung zusammengestellt hatte, die die Energie einer solchen Kette beschreibt, zeigte er, dass ihre Lösung mit der Funktion eines Solitons möglich ist - einer einzelnen Welle, die sich entlang dieser ausbreitet.
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Davydov fand auch heraus, dass, wenn ein Soliton in einem bestimmten Abschnitt der Kette isoliert wird, seine Vibration dazu führt, dass sich die Kette in diesem Bereich biegt und die Form des gesamten Moleküls verändert. Heute ist dieses Konzept unter dem Deckmantel eines speziellen Quanten-Quasiteilchens bekannt, dem „Davydov-Soliton“. Es wird angenommen, dass dieser Mechanismus eine bedeutende Rolle beispielsweise bei der Proteinf altung spielt, einem Prozess, über den im Beitrag Quantum Proteins nachgelesen werden kann.
Dieses Konzept war auch für die in Schweden arbeitenden Andrey Krokhotin und Antti Niemi nützlich, die es auf ein eher unerwartetes Problem anwandten – das Verh alten von Bakteriophagen, Viren, die Bakterien infizieren. Erinnern Sie sich daran, dass der Phage, nachdem er sich an der Zellwand eines Bakteriums festgesetzt hat, ihm seine DNA injiziert, die schließlich die Kontrolle über zelluläre Systeme übernimmt und beginnt, sich in einer großen Anzahl von Kopien zu reproduzieren. Schließlich stirbt die Zelle und verstreut Millionen von Viruspartikeln.
Aber die Dinge sind nicht immer so ominös. Es gibt Fälle, in denen sich der Bakteriophage selbst auszusch alten scheint. Nachdem es sein Genom erfolgreich in die DNA eines Bakteriums eingeführt hat, lässt es dort einfach nach und manifestiert sich in nichts. Es wird kopiert und zusammen mit dem Rest des Bakterienchromosoms an die Nachkommen weitergegeben, aber das ist alles. Fachlich geht das Virus vom lysogenen Zustand in den lytischen Entwicklungszyklus über. Aber wie kommt es zu diesem Übergang? Krokhotin und Niemi erklären es aus Sicht einer alten Theorie: Ihrer Meinung nach fängt es damit an, dass das Soliton in der molekularen Struktur des Phagen „eingesperrt“ist.
Wie zuvor Davydov begannen die Wissenschaftler damit, eine Gleichung aufzustellen, die die Energie eines viralen Partikels beschreibt – genauer gesagt, des bekannten und untersuchten Lambda-Phagen, der E. coli-Bakterien infiziert. Und wie einst Davydov zeigten sie, dass die Lösung der Gleichung für den Fall erh alten werden kann, in dem sich die Energie der Molekülstruktur unter der Wirkung von Solitonen ändert - genauer gesagt mehrerer Solitonen, von denen einige entgegengesetzt gerichtet sind.
Krokhotin und Niemi kamen zu dem Schluss, dass in dem Fall, in dem solche Solitonen in der Struktur des Virus „eingeschlossen“sind, sie dessen räumliche Form bestimmen. Wenn nun etwas Energie von außen in das System eindringt, heben sich Paare von Solitonen und gegensätzlich gerichteten „Antisolitonen“gegenseitig auf, was zu einer merklichen und abrupten Formänderung des Phagen führt. In einer neuen Form geht das Virus vom lysogenen in den lytischen Zyklus über.
Obwohl die Arbeit äußerlich rein theoretisch war, erlaubt sie uns, eine Reihe von Vorhersagen zu treffen, die in der Praxis durchaus überprüfbar sind. Darüber hinaus erfordert es einige strukturelle Merkmale des Viruspartikels, deren Vorhandensein auch in echten Phagen nachgewiesen werden kann. Es bleibt nur abzuwarten, bis die Experimentatoren dies aufgreifen.
