一項新研究表明，病毒正在利用來自其環境的信息來“決定”何時在其宿主體內停留，何時繁殖和爆發，以殺死宿主細胞。這項工作對抗病毒藥物的開發有重要意義。該研究由馬里蘭大學巴爾的摩郡分校（UMBC）的研究人員領導，最近發表在《微生物學前沿》上。
病毒感知其環境的能力，包括其宿主產生的元素，為病毒-宿主的互動增加了“另一層複雜性”，Ivan Erill說。他是這篇新論文的資深作者和UMBC的生物科學教授。現在，病毒正在利用這種能力為它們帶來好處。但他說，在未來，“我們可以利用它來損害它們”。
這項新的研究側重於噬菌體。它們是感染細菌的病毒。在這項研究中，所分析的噬菌體只有在細菌細胞具有特殊的附屬物時才能感染它們的宿主，這些附屬物稱為菌毛和鞭毛，幫助細菌移動和交配。細菌產生一種叫做CtrA的蛋白質，控制它們何時產生這些附屬物。該研究顯示，許多依賴附屬物的噬菌體在其DNA中具有CtrA蛋白可以附着的模式，稱為結合點。Erill說，一個噬菌體有一個由其宿主產生的蛋白質的結合點是不尋常的。
更令人驚訝的是，Erill和該論文的第一作者埃里爾實驗室的博士生Elia Mascolo通過詳細的基因組分析發現，這些結合位點並不是單一的噬菌體所獨有的，甚至不是單一的噬菌體群。許多不同類型的噬菌體都有CtrA結合位點–但它們都需要其宿主有菌毛或鞭毛來感染它們。他們認為，這不可能是一個巧合。
Erill說，監測CtrA水平的能力“在整個進化過程中已經被感染不同細菌的不同噬菌體發明了多次”。當遠緣物種表現出類似的特徵時，這被稱為趨同進化–它表明該特徵肯定是有用的。
科學家們確定了CtrA結合位點的第一個噬菌體感染了一個特殊的細菌群體，叫做柄桿菌目。柄桿菌目是一個研究得特別好的細菌群體，因為它們以兩種形式存在：一種是自由遊動的”遊動者”形式，另一種是附着在表面的”有柄”形式。遊動者有菌毛/鞭毛，而菌柄則沒有。在這些細菌中，CtrA還調節細胞周期，決定一個細胞是均勻地分裂成兩個相同類型的細胞，還是不對稱地分裂，產生一個遊動細胞和一個有柄細胞。
由於噬菌體只能感染更大量的細胞，因此只有在有許多更大量的細胞可供感染時才從宿主中爆發出來才符合它們的最大利益。一般來說，大腸桿菌生活在營養貧乏的環境中，而且它們非常分散。“但是當它們找到一個好的微生境口袋時，它們就會變成有柄細胞並增殖，”Erill說，最終產生大量的細胞。
因此，“我們假設噬菌體正在監測CtrA水平，該水平在細胞的生命周期中不斷上升和下降，以弄清楚什麼時候遊動細胞成為一個柄狀細胞並成為‘工廠’，”Erill說，“在那一點上，它們爆裂細胞，因為附近會有許多遊動細胞可以感染。”
不幸的是，證明這一假設的方法是極其困難和費力的，所以這不是這篇最新論文的一部分–儘管Erill及其同事希望在未來解決這一問題。然而，研究小組認為沒有其他合理的解釋可以解釋這麼多不同的噬菌體上的CtrA結合點的擴散，所有這些噬菌體都需要菌毛/鞭毛來感染其宿主。他們指出，更有趣的是對感染其他生物體–甚至是人類的病毒的影響。
Erill他說：“我們對噬菌體所了解的一切，它們所開發的每一種進化策略，都被證明可以轉化為感染植物和動物的病毒。這幾乎是一個既定事實。因此，如果噬菌體正在‘監聽’它們的宿主，那麼影響人類的病毒也一定會這樣做。”
還有一些其他記錄在案的例子，說明噬菌體以有趣的方式監測它們的環境，但沒有一個例子包括這麼多不同的噬菌體對這麼多細菌宿主採用同樣的策略。