Fag

Fag to wirusy, które infekują bakterie i namnażają się w tym procesie. Dla każdej bakterii istnieje również określony bakteriofag. Bakteriofagi są wykorzystywane w medycynie i inżynierii genetycznej.

Co to są bakteriofagi?

Bakteriofagi to grupa wirusów, które infekują bakterie i archeony (bakterie pierwotne). W ten sposób nadal się rozmnażają, niszcząc bakterię.

Dla każdej bakterii istnieje określony bakteriofag oparty na zasadzie zamka i klucza. Zgodnie z tradycyjną definicją bakteriofagi, jak wszystkie wirusy, nie są istotami żywymi. Ich rozmnażanie się zależy od żywiciela. Poza żywicielem nie zachodzą żadne procesy biochemiczne. Fagi używają do tego enzymów gospodarza.

Bakteriofagi składają się tylko z DNA lub RNA, które są otoczone płaszczem białkowym. Jednak zdecydowana większość fagów ma DNA jako materiał genetyczny.

Fagi zostały po raz pierwszy opisane w 1917 roku przez kanadyjskiego biologa Félixa Huberta d’Hérelle. Struktura różnych fagów jest różna. Zasadniczo bakteriofagi składają się z kilku składników. Główny nacisk położono na strukturę tak zwanych fagów T, które infekują również bakterię Escherichia coli.

Fagi T składają się z wielościennej głowy, która jest połączona szyjką z wydłużonym kanałem iniekcyjnym (urządzeniem wstrzykującym). Podstawa z włóknem ogonowym i kolcami znajduje się pod urządzeniem wstrzykującym. Głowa to kapsyd zawierający kwas nukleinowy. Kapsyd, kanał iniekcyjny i płytka podstawowa są wykonane z białka. Włókna ogonowe i kolce służą do zakotwiczenia faga w ścianie komórkowej bakterii.

Występowanie, dystrybucja i właściwości

Bakteriofagi są uniwersalne. W wodzie morskiej jest około 10 do potęgi 30 bakteriofagów. Dla każdej bakterii istnieje również odpowiedni fag.

Namnażanie się bakteriofagów można podzielić na pięć faz. Po pierwsze, fag jest absorbowany przez określony receptor ściany komórkowej. Końce nitek ogona przyczepiają się do powierzchni komórki. W następnym kroku fag wstrzykuje DNA lub RNA do bakterii. Puste skorupki białek pozostają na powierzchni bakterii. Trzecia faza nazywana jest fazą latencji, w której nie można wykryć żadnych fagów. W fazie latencji trwającej kilka godzin rozpoczyna się translacja do wirusowego mRNA i replikacja do wirusowego kwasu nukleinowego. W tzw. Fazie produkcji powstają białka wirusowe. Następnie, w kolejnej fazie dojrzewania, komponowane są poszczególne składniki wirusa. Po zakończeniu produkcji wirusa lizozym wytwarzany przez przekształconą komórkę bakteryjną rozpuszcza bakterię i uwalnia wyprodukowane fagi.

Znaczenie i funkcja

Obecnie bakteriofagi są już szeroko stosowane w wielu dziedzinach. W medycynie, biologii czy inżynierii rolniczej otwierają się specjalne obszary zastosowań. W medycynie bakteriofagi są używane do wykrywania szczepów bakteryjnych ze względu na ich specyficzność wobec niektórych bakterii. Ten obszar zastosowań nazywa się lizotypem.

Obecnie trwają intensywne badania nad zwalczaniem bakterii przy użyciu bakteriofagów w zakażeniach. Ten obszar badawczy zyskuje na znaczeniu, zwłaszcza pod wpływem stale rosnącej liczby szczepów bakterii opornych na antybiotyki. Jednak słaba stabilność fagów w organizmie jest problematyczna. Są natychmiast eliminowane przez własne fagocyty organizmu.

Félix Hubert d’Hérelle rozważał już tę możliwą aplikację. Jednak po odkryciu i wprowadzeniu antybiotyków wyniki badań nad tym możliwym zastosowaniem zostały całkowicie zapomniane. Jednak Instytut Badań Fagów Eliava założony przez D’Hérelle w 1934 roku nadal istnieje w Tbilisi w Gruzji. Wspólnie z Instytutem Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda z Wrocławia obecnie trwają badania nad alternatywnymi metodami zwalczania bakterii opornych na antybiotyki przy użyciu fagów.

Fagi są również wykorzystywane na wiele różnych sposobów w przemyśle spożywczym. Na przykład różne spraye fagowe są używane do pakowania sera lub kiełbasy w celu ochrony przed bakteriami.

Inżynieria genetyczna to również duży obszar zastosowań. Na przykład fagi są obecnie używane jako wektory dla niektórych genów i wprowadzane do bakterii. Za pomocą tej metody można było wygenerować szczepy bakterii Escherichia coli wytwarzające insulinę.

Te wektory stają się również coraz ważniejsze dla produkcji innych substancji czynnych. Ponadto niektóre z nich można wykorzystać do walki z wadami genetycznymi.

Choroby i dolegliwości

Jednak bakteriofagi wykazują nie tylko pozytywne działanie. Niektóre poważne choroby zakaźne wybuchają tylko przy pomocy fagów. Błonica jest wywoływana przez bakterię Corynebacterium diphtheriae. Jednak choroba może wybuchnąć tylko wtedy, gdy Corynebacterium diphtheriae jest jednocześnie zakażona bakteriofagami. Po zakażeniu fagami bakterie te wytwarzają charakterystyczną toksynę, która powoduje ciężkie, czasami zagrażające życiu objawy.

Choroba zaczyna się od takich objawów, jak trudności w połykaniu, zmęczenie, nudności i ból brzucha. Na migdałach jest biały nalot, który pachnie obrzydliwie, słodko. Często zdarzają się komplikacje, takie jak zapalenie płuc lub zapalenie mięśnia sercowego, które mogą być śmiertelne.

Inną chorobą wywoływaną przez bakteriofagi jest szkarlatyna. Szkarłatną gorączkę wywołują paciorkowce zakażone bakteriofagami. W wyniku tej infekcji bakterie wytwarzają szczególnie podstępną toksynę. Występują poważne objawy, takie jak dreszcze, gorączka, wymioty i ból gardła. Na początku język jest biały, ale po kilku dniach zmienia kolor na malinowy. Występuje również wysypka. Gdyby bakteria nie została zakażona bakteriofagiem, doprowadziłoby to jedynie do nieszkodliwego zapalenia migdałków.

Cholera jest również wywoływana przez bakterię zakażoną bakteriofagami zwanymi Vibrio cholerae.