bakteriofág (fág) jsou povinné intracelulární viry, které specificky infikují bakterie. Byly objeveny nezávisle na sobě dva vědci, Frederick William Twort1 na University of London v roce 1915, a Félix d’Herelle2, který potvrdil zjištění a razil termín bakteriofága v roce 1917 a byly mnohem studoval od.
struktura bakteriofágu
fág má velmi jednoduchou strukturu (Obrázek 1). Jejich genetický materiál je obsažen v hranolovité hlavě, obklopené proteinovou kapsidou., To je spojeno s prodlouženým pláštěm (někdy nazývaným ocas) oblastí krku nebo límce.
pouzdro tvoří duté trubice, jehož prostřednictvím virové DNA/RNA je vstřikován do hostitelské buňky a je obklopen ochrannou vrstvu bílkovin. Ve spodní části pláště je základní deska, ke které jsou připojena ocasní vlákna (obvykle šest), která usnadňují připojení k hostitelské buňce.
Obrázek 1. Příklad struktury bakteriofágu.
pro reprodukci musí fág nejprve vstoupit do hostitelské buňky., Vážou se na specifické receptory na povrchu bakteriální buňky s jejich ocas vlákna (adsorpce) a vytvořit díru, což je proces, který, spolu s přílohou, koordinuje základní plate3. Tuhé trubky je poháněn z pochvy, proražení díry v bakteriální buněčné membrány, jehož prostřednictvím se aplikovat jejich genetický materiál (DNA nebo RNA, double nebo single stranded). Mohou pak unést buněčné stroje hostitelské buňky pro vlastní replikaci, pokud jsou okolní podmínky nepříznivé v procesu nazývaném lytický cyklus., Alternativně mohou vstoupit do klidového stavu, známého jako lysogenní cyklus, v hostitelské buňce, pokud jsou podmínky příznivé.
Lytický cyklus
V lytický cyklus (Obrázek 2), někdy odkazoval se na jako virulentní infekci, infikování virem nakonec zabít hostitelské buňky produkovat mnoho z jejich vlastní potomstvo. Bezprostředně po injekci do hostitelské buňky, genom fága syntetizuje brzy bílkovin, které štěpí hostitelskou DNA, což umožňuje phage převzít kontrolu nad mobilní stroje., Fág pak používá hostitelskou buňku k syntéze zbývajících proteinů potřebných k vytvoření nových fágových částic. Hlavy a pláště jsou sestaveny samostatně, nový genetický materiál zabalený do hlavy a nové částice fágů dcery jsou konstruovány. Během tohoto procesu hostitelské buňky postupně oslabována phage enzymy a nakonec praskne, uvolnění v průměru 100-200 nové fágové potomstvo do okolního prostředí.
Obrázek 2. Zobrazení stádií bakteriofágového lytického cyklu.
Sledujte lytický cyklus v akci zde.,
Lysogenic cyklu
lysogenic cyklu (Obrázek 3), někdy odkazoval se na jako mírné nebo non-virulentní infekce, není zabít hostitelské buňky, místo toho ji využívají jako útočiště, kde existuje v nečinném stavu. Po injekci fágové DNA do hostitelské buňky se integruje do hostitelského genomu pomocí fágově kódovaných integráz, kde se pak nazývá proroctví., Genom prophage je pak pasivně replikován spolu s hostitelským genomem, protože hostitelská buňka se dělí tak dlouho, dokud tam zůstane a netvoří proteiny potřebné k produkci potomstva. Protože genom fágů je obecně poměrně malý, bakteriální hostitelé jsou tímto procesem obvykle relativně nepoškozeni.
Obrázek 3. Zobrazení fází lysogenního cyklu bakteriofágu.,
Přechod z lysogenic lytickou
Pokud se bakterie obsahující prophage je vystavena stresory, jako jsou UV záření, nízkým živin podmínky, nebo chemických látek, jako mitomycin C, prophage může spontánně sami extrahovat z hostitelského genomu a zadejte lytický cyklus v procesu zvaném indukce.
Tento proces však není dokonalý a prophage může někdy odejít části jejich DNA za sebou nebo se části hostitelské DNA s nimi, když oni re-zakulatit., Pokud pak infikují novou hostitelskou buňku, mohou transportovat bakteriální geny z jednoho kmene do druhého v procesu zvaném transdukce. Jedná se o jednu metodu, pomocí které se geny rezistence na antibiotika, geny kódující toxin a superantigen a další rysy virulence mohou šířit bakteriální populací.
Nedávné práce ukázaly, že přechod mezi lytické a lysogenic infekce je také závislá na množství fága v oblasti, jako jsou schopná produkovat a smysl malé peptidy v procesu, podobný kvora sensing4.,
Bakteriální imunitu fágové infekce
Ne všechny bakterie jsou bezmocní proti phage útoku, mající „imunitní systém“, který jim umožňuje bojovat. CRISPR-Cas, který je nyní synonymem pro genetické modifikace, byla poprvé navržena jako bakteriální „imunitní systém“ Francisco Mojica5 a nezávisle skupinou z Université Paris-Sud6 v roce 2005. CRISPR locus je řada krátkých opakovaných sekvencí oddělených rozpěrkami s jedinečnými sekvencemi. Bylo zjištěno, že tyto distanční sekvence mají homologii virové a plazmidové DNA, včetně fága., Když napadl dříve unencountered phage, nové podložky jsou přidány na jedné straně CRISPR, takže CRISPR chronologický záznam z fága buňky a jeho předkové setkali. V reakci na phage invaze, CRISPR sekvence jsou přepsány a v partnerství s Cas proteiny, zaměřit a zničit phage sekvence, které jsou homologní se sekvencí distanční.
Phage jako genetické a molekulární biologie nástroje
Lambda fága, původně izolovaná z Escherichia coli, je jedním z nejlépe prozkoumaných phage a tvořil východisko pro mnoho genetických nástrojů., Dokonce bylo řečeno, že použití fágů jako nástrojů nakonec vedlo k rozvoji molekulární biologie jako disciplíny7. V roce 1950 byla schopnost fága rekombinovat s hostitelskou DNA poprvé využita k manipulaci s genomy druhů salmonel, a tak se zrodil proces transdukce8. Od té doby se používá jako prostředek k pohybu genetického materiálu mezi mnoha organismy, včetně manipulací s houbovými geny9 a dokonce i lidských genů. Právě díky skromnému fágu byl lidský inzulín nejprve bezpečně a levně vyráběn., To také otevřelo aplikace ve vysoké propustnosti screeningu klonů, nanomateriální vývoj10, antibakteriální ošetření potravin, jako diagnostický nástroj a objev léků a dodacích systémů11.
phage ϕX174 stal bezděčný pioneer v roce 1977, kdy to byl první organismus, aby celý jeho nukleotidové sekvence určuje díky Fred Sanger a colleagues12.
Fágové terapie
Před objevem antibiotik Alexander Fleming v roce 1928, které byly zkoumány jako metoda pro léčbu bakteriálních infekcí., V post-antibiotické éře výhodná širokospektrální aktivita antibiotické léčby znamenala, že ve většině organizací byl výzkum fágové terapie opuštěn. V mnoha bývalých sovětských zemích, kde byl nedostatek západních antibiotik, však výzkum fágových terapií pokračoval nutností. S rostoucími globálními problémy rezistence na antibiotika došlo v posledních letech k oživení v oblasti fágové terapie., Zatímco fág je schopen infikovat a zničit bakterie a byly úspěšně použity k léčbě život ohrožující infection13, jejich druhů, a dokonce i kmen specifika a potenciál pro pre-existující imunitu některé bakterie říct cílení na phage léčba je v současné době není triviální proces a musí být přizpůsobena individuální infekce. To je nákladné a zdlouhavé. V důsledku toho je v současné době poslední možností a v této oblasti je stále zapotřebí mnoho práce.,
phage rodinného stromu
S rostoucí dostupnost a cenová přijatelnost tak nukleotidové sekvenování, došlo k explozi v počtu fágových genomů předloženy do databáze v posledních dvou decades14 .
Phage jsou klasifikovány podle Mezinárodní Výbor pro Taxonomii Virů (ICTV), jako jejich 2017 aktualizaci, tam jsou 19 rodin z fága, které infikují bakterie a archea (Tabulka 1), ale jako další vzorky z více vzdálených oblastí, jsou sekvenovány to je jen pravděpodobné, že růst v budoucnosti.,
pro mobilní uživatele přejděte vlevo a vpravo a zobrazte níže uvedená data tabulky.,
Table 1., ICTV taxonomická klasifikace bakteriofágů infikujících bakterie a archaea.