Tel Aviv University: Krieg der Viren // The war of the viruses

ENGLISH FOLLOWS GERMAN

Bislang galt es als ausgemacht, dass Viren nur und ausschließlich durch die Gesetze der Evolution sich anpassen, um fortzubestehen. Ihr Mittel ist von daher die rasche Mutation und Masse eben.

Die Planung, das absichtsvolle Handeln, die Kommunikation, mithin Intelligenz sah man nur bei höheren “Lebensformen” vorbehalten; dies gesagt will man Viren als Lebensform anerkennen.

Jedoch es scheint ganz anders zu sein. Ein Forscherteam rund um Prof. Avigdor Eldar an der ‘Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research at Tel Aviv University‘ machten eine sehr beunruhigende Entdeckung: Viren handeln taktisch, tauschen Informatinen aus, um ihren “Wirten” zu attackieren.

Was dies für die Impfstrategien gegen COVID bedeutet, leigt auf der Hand. Handlen Viren taktisch intelligent, dann reicht ein Impfstoff nicht hin. Man hat es mit einem taktisch intelligenten Fein zu tun, der gegen einem Krieg führt. Das Opfer, die Beute ist der Wirt selbst.

In der Pressemitteilung heißt es, die hier ausführlich zitiert sei. Die Tragweite dieser Erkenntnis ist noch nicht abzusehen und in vollem Umfang abzuschätzen: “Eine neue Studie der Universität Tel Aviv hat herausgefunden, dass Viren, so genannte Bakteriophagen (oder Phagen), ähnlich wie Menschen mit der Spieltheorie alle Optionen abwägen und schließlich eine fundierte Entscheidung treffen – ob die Zeit gekommen ist, den Ruhezustand zu verlassen und ihren bakteriellen Wirt anzugreifen.

Die Studie wurde von Prof. Avigdor Eldar von der Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research der Universität Tel Aviv zusammen mit seinen Studenten und Partnern vom Weizmann Institute of Science geleitet. Die Arbeit wurde im Dezember 2021 in der Zeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht.

Phagen sind Viren, die Bakterien angreifen. Viele Phagen können in einem von zwei Zuständen existieren: aktiv (Lyse), wobei die Phagen Bakterien angreifen und zerstören, oder ruhend, wobei sie passiv in den Bakterien verbleiben und sich selbst vermehren, aber keinen Schaden anrichten (Lysogenie). Phagen dieses Typs müssen sich jedes Mal, wenn sie einen neuen Wirt infizieren, entscheiden, ob sie aktiv oder inaktiv sein wollen. Entscheiden sie sich für die Ruhephase, müssen sie auch entscheiden, wann sie “aufwachen” und angreifen. Wie bei allen Dilemmas ist es wichtig, die Entscheidung auf solide, zuverlässige Informationen zu stützen.

Den Forschern zufolge geht man seit einiger Zeit davon aus, dass ein Phage seine Entscheidung, den Ruhezustand zu verlassen, von Informationen über den Zustand seines bakteriellen Wirts abhängig macht: Wenn der Wirt Anzeichen erheblicher DNA-Schäden zeigt (sozusagen im Todeskampf), ist es im Interesse des Phagen, ihn zu verlassen und zu versuchen, andere Bakterien zu infizieren.

Die neue Studie entdeckte einen zusätzlichen Mechanismus der Kommunikation zwischen Bakterien und Phagen: Offenbar haben einige Phagenfamilien eine komplexere Entscheidungsstrategie entwickelt, eine Art “Phagen-Spieltheorie”, bei der der Phage nicht nur Informationen von seinem eigenen Wirt, sondern auch von benachbarten Bakterien erhält.

Prof. Eldar erklärt: “Wenn ein Phage in einer Bakterienzelle schlummert, zwingt er seinen Wirt, ständig kleine Kommunikationsmoleküle namens Arbitrium zu produzieren, auf die der Phage über einen speziellen Rezeptor hört. Das Vorhandensein hoher Mengen dieser Moleküle zeigt also an, dass benachbarte Bakterien ebenfalls Phagen enthalten. Wenn dies der Fall ist, wird der Phage nicht aktiv, selbst wenn sein eigener Wirt DNA-Schäden aufweist. Da jedes Bakterium nur einen ruhenden Phagen beherbergen kann, trifft der Phage eine bewusste Entscheidung: Es ist besser, den Wirt versuchen zu lassen, sich selbst zu reparieren, als ihn zu ‘verraten’, da alle benachbarten Bakterien bereits besetzt sind.”

Prof. Eldar und sein Team setzten eine Reihe genetischer und biomolekularer Methoden ein, um die biochemischen Kommunikationssignale zwischen den Bakterien und Phagen zu verfolgen. In einer früheren Studie zeigten sie mit Hilfe eines Fluoreszenzmarkers, dass die von Phagen verwendeten Kommunikationsmethoden sowie eine große Familie ähnlicher Kommunikationssysteme (allgemein als “Quorum Sensing” bekannt) nur dazu verwendet werden, Signale von nahen Nachbarn zu erhalten.

“Im Wesentlichen haben die Bakterien zwei getrennte Kommunikationssysteme entwickelt – eines für die Kommunikation über große Entfernungen und das andere nur für kurze Entfernungen, um den Zustand ihrer unmittelbaren Nachbarn zu erfassen”, sagt Prof. Eldar. “Im Fall des Phagen kontrolliert er die Kommunikation und ist nur daran interessiert zu wissen, ob seine unmittelbaren Nachbarn, die er leicht infizieren könnte, bereits besetzt sind.”

Prof. Eldar fasst zusammen: “Vor einigen Jahren haben Prof. Rotem Sorek und sein Team am Weizmann-Institut zum ersten Mal die Kommunikation zwischen Phagen nachgewiesen. Solche Systeme waren bereits zwischen anderen molekularen Parasiten bekannt, die von Bakterien beherbergt werden (sogenannte Plasmide). Unsere neue Entdeckung ist die Tatsache, dass Phagen sogar in ihrem Ruhezustand kommunizieren. Wir haben Komponenten identifiziert, die entscheidend für das Verständnis sind, wie Phagen Informationen über den Zustand ihres Wirts mit Informationen über ihre Nachbarn kombinieren. Dies ist ein weiterer wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entschlüsselung der Kommunikation und der “Verhaltensökonomie” von Viren. Phagen haben eine hervorragende Fähigkeit, Informationen zu verarbeiten und die richtige Entscheidung zu treffen, um ein optimales Überleben zu gewährleisten. Es wird interessant sein zu sehen, ob Viren, die in komplexeren Organismen leben, aber vor ähnlichen Entscheidungen stehen, auch vergleichbare Kommunikationssysteme entwickelt haben.””

In einem aktuellen Roman (Hoffnung: Die Mauern von Jerusalem), der der kommenden Wochen erscheinen soll, wird genau diese Annahme gesetzt, dass Viren intelligent handeln und gegen das Leben kämpfen.

ENGLISH

Until now, it was considered a foregone conclusion that viruses adapt only and exclusively through the laws of evolution in order to persist. Their means is therefore rapid mutation and mass.

Planning, deliberate action, communication, i.e. intelligence, were seen as reserved only for higher “life forms”; this said, viruses are to be recognised as a life form.

However, it seems to be quite different. A team of researchers led by Prof. Avigdor Eldar at the Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research at Tel Aviv University made a very disturbing discovery: viruses act tactically, exchanging information in order to attack their “hosts”.

What this means for vaccination strategies against COVID is obvious. If viruses act tactically intelligent, then a vaccine is not enough. You are dealing with a tactically intelligent enemy that is waging war against you. The victim, the prey, is the host itself.

The press release says, quoted here at length. The implications of this realisation cannot yet be foreseen and fully appreciated: “A new study from Tel Aviv University has found that, just like humans with Game Theory, viruses called bacteriophages (or phages) weigh all options and finally make an informed decision – whether the time has come to exit the dormant state and attack their bacterial host.

The study was led by Prof. Avigdor Eldar of the Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research at Tel Aviv University, together with his students and partners from the Weizmann Institute of Science. The paper was published in December 2021 in the journal Nature Microbiology.

Phages are viruses that attack bacteria. Many phages can exist in one of two states: active (lysis), in which the phages attack and destroy bacteria, or dormant, in which they remain passive within the bacteria, replicating themselves but doing no damage (lysogeny). Phages of this type must decide whether to be active or dormant every time they infect a new host. If they decide to be dormant for a time, they must also decide when to ‘wake up’ and attack. As in all dilemmas, it’s important to base the decision upon solid, reliable information.

According to the researchers, it has been assumed for some time that a phage bases its decision to exit the dormant state on information regarding condition of its bacterial host: when the host shows signs of substantial DNA damage (death throes, so to speak), it is in the phage’s interest to leave it and try to infect other bacteria.

The new study discovered an additional mechanism of communication between bacteria and phages: apparently, some phage families have developed a more complex decision-making strategy, a kind of ‘phage game theory’, in which the phage receives information not only from its own host but also from neighboring bacteria.

Prof. Eldar explains: “When a phage is dormant within a bacterial cell, it forces its host to constantly produce small communication molecules called arbitrium, to which the phage listens via a special receptor. Thus, the presence of high levels of these molecules indicates that neighboring bacteria also contain phages. When this happens, even if its own host exhibits DNA damage, the phage refrains from becoming active. Since every bacterium can only host one dormant phage, the phage makes an informed decision: it’s better to let the host try to repair itself than to ‘betray’ it, since all neighboring bacteria are already taken.”

Prof. Eldar and his team used a range of genetic and biomolecular methods to track the biochemical communication signals passing between the bacteria and phages. In a former study they used a fluorescent marker to show that communication methods used by phages, as well as a large family of similar communication systems (know generally as ‘quorum sensing’) are used only to get signals from close neighbors. “Essentially, the bacteria have developed two separate communication systems – one for long-range communication, and the other for short distances only, used to sense the state of their immediate neighbors,” says Prof. Eldar. “In the phage’s case, it controls communication, and is only interested to know whether its close neighbors, which it might easily infect, are already occupied.”

Prof. Eldar concludes: “Several years ago Prof. Rotem Sorek and his team at the Weizmann Institute identified communication between phages for the first time. Such systems had been known to exist between other molecular parasites hosted by bacteria (called plasmids). Our new discovery is the fact that phages use communication even in their dormant state. We have identified components critical for understanding how phages combine information about their host’s condition with information about their neighbors. This is one more important step on the way to deciphering the communication and ‘behavioral economics’ of viruses. Phages have an excellent ability to process information and make the right decision to ensure optimal survival. It will be interesting to see whether viruses residing in more complex organisms but facing similar decisions have also developed comparable systems of communication.”

In a current novel (Hope: The Walls of Jerusalem), which is due to be published in the coming weeks, precisely this assumption is made that viruses act intelligently and fight against life.