Prophages

Kao profaga fagova DNA umjerenih bakteriofaga naziva se kada je prisutna u stanici bakterija-domaćina. Bakteriofage je otkrio Félix Hubert d'Hérelle 1917. godine. Oni su virusi koji su se prilagodili specifičnim bakterijama. U daljnjem toku istraživanja napravljena je razlika između litskog faga s visokom virulencijom i umjerenog faga s tihim profagom i lizogenog ciklusa.

Što su profagi?

Profage umjerenog bakteriofaga mogu biti prisutne kao plazmid u stanici domaćina ili biti integrirane u bakterijsku DNA. U tu svrhu, umjereni fag mora usvojiti lizogeni ciklus prilikom ubrizgavanja fagovne DNA. Razlikuje se od litskog ciklusa i lizogenog ciklusa. Dok litski ciklus uzrokuje brzu replikaciju i naknadnu lizu stanice domaćina nakon ubrizgavanja genetskog materijala, represivni geni faga ubrizgavaju se u stanicu domaćina u lizogenom ciklusu da bi se suzbio litski ciklus, tj. Brzo otapanje stanice.

Umjereni fag može se prebacivati ​​između litskog i lizogenog ciklusa, ovisno o prevladavajućim uvjetima u okolišu. Litički ciklus odnosi se na uobičajeni način na koji fag geni djeluju unutar stanice domaćina. Brza replikacija u stanici domaćina događa se nakon ubrizgavanja virusne DNK. Nakon što se kapsid i proteinski repni vlakni repliciraju pored virusne DNK i brojne su nove virusne čestice sakupljene iz pojedinih dijelova, stanična stijenka stanice domaćina razgrađuje se lizocimom. Kad se stanična stijenka otopi, oslobađaju se novi fagovi i njihova se DNK sada može ubrizgati u druge bakterijske stanice. Ovaj postupak je završen za oko sat vremena.

Zbog velikog broja novih virusnih čestica, ovaj se pristup naziva "virulentnim oblikom". Kako se stanična stijenka domaćina uništava lizocimom, koristi se izraz "litski ciklus". U slučaju umjerenog faga, brza replikacija i naknadna liza stanice domaćina ne moraju nužno stupiti na snagu. Ovisno o postojećim čimbenicima okoliša, umjereni fag može se prebacivati ​​između litskog i lizogenog ciklusa. Litički ciklus može se suzbiti ubrizgavanjem represivnih gena i lizogeni ciklus može započeti u nedogled.

U lizogenom ciklusu genetski materijal faga ubacuje se u genetski materijal klice i ovdje može preživjeti neodređeno vrijeme. Injektirani genetski materijal naziva se "mirno" i definira se kao "profaj". Profag može ležati kao plazmid u citoplazmi stanice domaćina ili biti integriran u genetski materijal bakterije.

Integracija virusnog genetskog materijala zahtijeva visoku razinu specijalizacije. Genom umjerenih faga može se spojiti samo na određene položaje u bakterijskoj DNK. Suprotno tome, genetski materijal pojedinih sojeva umjerenog faga uvijek se može identificirati na istim mjestima u bakterijskom genomu.

Uspješna adaptacija čini profage korisnicama diobe bakterijskih stanica. Kada stanica domaćina podijeli mitozu, virusni genetski materijal se prenosi. Daljnji prijenos na druge bakterije može se odvijati konjugacijom. Profagi se, dakle, mogu širiti različitim prijenosnim putovima kroz čitave bakterijske sojeve. Zbog utjecaja okoline, poput UV svjetla ili određenih kemikalija, profag se može vratiti u litski ciklus i težiti agresivnoj replikaciji.

Profag također koristi postupke transkripcije stanica-domaćina: ubrizgani represivni geni faga prepoznaju se kao oštećenja DNA određenim enzimima bakterije i razgrađuju ih. Razgradnja represivnih gena samouništava se unutar stanice domaćina. Litički ciklus se više ne može suzbiti i profag prelazi iz lizogenog stanja u agresivno razmnožavanje, što se završava naknadnim otapanjem stanične bakterijske stijenke.

Pojava, distribucija i svojstva

Fagi su visoko specijalizirani virusi koji su se prilagodili pojedinim sojevima bakterija. Dakle, ne može svaki bakteriofag pristupiti svakoj bakteriji. Razmnožavanje bez specifične stanice domaćina nije moguće za bakteriofag. Visoka razina specijalizacije znači da se bakteriofagi mogu naći na istom terenu kao i stanice domaćina.

Isto vrijedi u još većoj mjeri za profaje. Budući da profagi nisu konvencionalni virusi i predstavljaju se samo kao virusni genetski materijal u organizmu domaćina, oni se ne mogu pronaći izvan određenih stanica zbog same definicije.

Uz to, mora se spomenuti da sami bakteriofazi u morskoj vodi imaju broj (10 do snage 30), pa je tako na čitavom planetu prisutno više faga nego živih bića. Suprotno tome, postoji vrlo mali broj od devetnaest službeno istraženih bakteriofaga, što otežava davanje precizne izjave o toj pojavi.

Značenje i funkcija

Fago terapija razvijena je dvadesetih godina 20. stoljeća i još uvijek se uspješno koristi u Istočnoj Europi za borbu protiv raznih zaraznih bolesti. Prednosti fago terapije su očite: bakteriofagi oštećuju samo pojedine sojeve bakterija, dok antibiotici općenito štetno djeluju na bakterije u tijelu.

Otkriće penicilina četrdesetih godina prošlog stoljeća dovelo je do masovne uporabe antibiotika na zapadu i, kao rezultat, do kraja fagskih istraživanja. Naknadna nakupina brojnih rezistencija na antibiotike potaknula je povećani interes za bakteriofage u 1990-ima.

Međutim, u terapiji fagama fokus je na bakteriofage sa agresivnom virulencijom i isključivo ličkim ciklusom, dok su umjereni bakteriofagi i profagi dosad igrali samo podređenu ulogu.

Bolesti i bolesti

Neki patogeni mogu izgraditi svoju virulenciju samo simbiozom sa profazima. Clostridium botulinum može proizvesti grozan botulin toksin samo uz pomoć integrirane fage DNA. Streptococcus pyogenes može izazvati grimiznu groznicu samo u kombinaciji s DNA profaga.

Vibrio kolere proizvode koleru samo kroz posebne profage. To ujedno pokazuje važnost fagova za ljudsku medicinu. Cijeli bakterijski sojevi mogli bi izgubiti svoj patogeni potencijal ako se odgovorni profagi mogu posebno isključiti.