bakteriofág (fág) kötelezően intracelluláris vírusok, amelyek kifejezetten megfertőzik a baktériumokat. Két kutató, Frederick William Twort1 fedezte fel őket önállóan a Londoni Egyetemen 1915-ben, és Félix d ‘ Herelle2, akik megerősítették a megállapítást, és megalkották a bakteriofág kifejezést 1917-ben, és azóta sokat tanulmányozták.
bakteriofág szerkezet
a fág nagyon egyszerű szerkezetű (1.ábra). Genetikai anyaguk egy prizma alakú fejben van, amelyet fehérje kapszid vesz körül., Ez a nyak vagy a gallér régiója a hosszúkás hüvelyhez (néha farokhoz) kapcsolódik.
a hüvely üreges csövet képez, amelyen keresztül a vírus DNS/RNS-t a gazdasejtbe injektálják, és védőburok fehérjék veszik körül. A hüvely alján található az alaplemez, amelyhez a hátsó szálak (általában hat), amelyek megkönnyítik a gazdasejthez való rögzítést.
1. ábra. Például egy bakteriofág szerkezete.
a reprodukáláshoz a fágnak először be kell lépnie a gazdasejtbe., A baktériumsejtek felszínén található specifikus receptorokhoz kötődnek a farokrostokkal (adszorpció), és létrehoznak egy lyukat,egy folyamatot, amelyet a kötődéssel együtt az alaplemez koordinál3. A hüvelyből merev csövet hajtanak ki, lyukasztva egy lyukat a bakteriális sejtmembránban, amelyen keresztül genetikai anyagukat (DNS vagy RNS, kettős vagy egyetlen szálú) injektálják. Ezután eltéríthetik a gazdasejt cellás gépeit saját replikációjukra, ha a környező körülmények kedvezőtlenek a litikus ciklusnak nevezett folyamatban., Alternatív megoldásként a gazdasejten belül nyugvó állapotba léphetnek, amelyet lizogén ciklusnak neveznek, ha a feltételek kedvezőek.
litikus ciklus
a litikus ciklusban (2. ábra), amelyet néha virulens fertőzésnek neveznek, a fertőző fág végül megöli a gazdasejtet, hogy sok saját utódot termeljen. Azonnal injekció beadását követően a fogadó sejt, a fág genom szintetizálja korai fehérjék, amelyek lebontják a házigazda DNS-t, amely lehetővé teszi, hogy a fág, hogy átvegye az irányítást a mobil gépek., A fág ezután a gazdasejtet használja az új fágrészecskék előállításához szükséges fennmaradó fehérjék szintetizálására. A fejeket és a hüvelyeket külön-külön szerelik össze, az új genetikai anyagot a fejbe csomagolják, az új leányfág részecskéket pedig felépítik. E folyamat során a fogadó sejtek fokozatosan gyengült fág enzimek végül tört, felszabadító átlagosan 100-200 új fág utódok a környezet.
2. ábra. A bakteriofág-litikus ciklus szakaszainak ábrázolása.
nézze meg a litikus ciklust itt.,
lizogén ciklus
a lizogén ciklus (3.ábra), amelyet néha mérsékelt vagy nem virulens fertőzésnek neveznek, nem öli meg a gazdasejtet, hanem menedékként használja, ahol nyugvó állapotban létezik. Miután a fág DNS-t a gazdasejtbe injektálták, a fág-kódolt integrázok segítségével integrálódik a gazdasejtbe, ahol ezt prófétának nevezik., A prophage genomot ezután passzívan replikálják a gazdasejt genomjával együtt, mivel a gazdasejt mindaddig osztódik, amíg ott marad, és nem képezi az utódok előállításához szükséges fehérjéket. Mivel a fággenom általában viszonylag kicsi, a bakteriális gazdaszervezeteket általában viszonylag sértetlenül érinti ez a folyamat.
3. ábra. A bakteriofág lizogén ciklus szakaszainak ábrázolása.,
Átmenet lysogenic, hogy lytic
Ha egy baktérium, amely prophage ki van téve a stressz, mint például az UV-fény, alacsony tápanyag feltételek, vagy vegyi anyagok, mint a mitomycin C, prophage lehet spontán kivonat magukat a fogadó genom, majd írja be a lytic ciklus egy folyamat az úgynevezett indukciós.
Ez a folyamat azonban nem tökéletes, és előfordulhat, hogy a prophage a DNS egy részét maga mögött hagyja, vagy a gazdaszervezet DNS egy részét magával viszi, amikor újra keringenek., Ha ezután megfertőznek egy új gazdasejtet, baktériumgéneket szállíthatnak az egyik törzsből a másikba egy transzdukciónak nevezett folyamat során. Ez az egyik módszer, amellyel antibiotikum-rezisztens gének, toxin-és szuperantigén-kódoló gének és más virulencia-tulajdonságok terjedhetnek egy baktériumpopuláción keresztül.
a közelmúltban végzett munka azt mutatta, hogy a lizogén és a lizogén fertőzés közötti átmenet egy adott területen a fág bőségétől is függ, mivel képesek kis peptideket termelni és érzékelni a quorum sensing4-hez hasonló folyamat során.,
bakteriális immunitás a fágfertőzés ellen
nem minden baktérium tehetetlen a fág támadás ellen, olyan “immunrendszerrel” rendelkezik, amely lehetővé teszi számukra a harcot. A CRISPR-Cas-t, amely ma már a genetikai módosítás szinonimája, Francisco Mojica5 először bakteriális “adaptív immunrendszerként”, 2005-ben pedig az Université Paris-Sud6 egy csoportja önállóan javasolta. A CRISPR locus egy sor rövid ismétlődő szekvenciák elválasztva távtartók egyedi szekvenciák. Ezek a távtartó szekvenciák kimutatták, hogy homológiával rendelkeznek a vírus-és plazmid DNS-hez, beleértve a fágot is., Amikor megtámadják egy korábban nem ismert fág, új távtartók adunk az egyik oldalon a CRISPR, így a CRISPR egy időrendi rekord a fág a sejt és ősei találkoztak. A fág invázióra válaszul a CRISPR-szekvenciákat átírják, és a Cas-fehérjékkel együttműködve megcélozzák és elpusztítják a fágszekvenciákat, amelyek homológak a távtartók szekvenciáira.
Fág, mint genetikai, molekuláris biológiai eszközök
A Lambda fág, eredetileg izolált Escherichia coli, az egyik legjobban tanulmányozott fág pedig képezte az alapját számos genetikai eszközök., Azt is mondták,hogy a fág eszközként való használata végül a molekuláris biológia mint tudományág fejlődéséhez vezetett7. Az 1950-es években először a fágnak a gazdaszervezet DNS-ével való rekombinációs képességét használták ki a szalmonella Fajok genomjainak manipulálására, így született meg a transzdukció folyamata8. Azóta járműként használják a genetikai anyag mozgatására számos szervezet között, beleértve a gombás génmanipulációkat9, sőt az emberi géneket is. A szerény fágnak köszönhetően a humán inzulint először biztonságosan és olcsón állították elő., Emellett a klónok nagy áteresztőképességű szűrésére, a nanoanyagok kifejlesztésére, 10 az élelmiszerek antibakteriális kezelésére, diagnosztikai eszközként, valamint kábítószer-felfedező és-szállító rendszerek11 alkalmazásait is megnyitotta.
a PHAG ϕX174 1977-ben vált akaratlan úttörővé, amikor ez volt az első szervezet, amely Fred Sangernek és kollégáinak köszönhetően12 meghatározta teljes nukleotidszekvenciáját.
Fágterápia
mielőtt Alexander Fleming 1928-ban felfedezte az antibiotikumokat, a fágot bakteriális fertőzések kezelésére szolgáló módszerként vizsgálták., Az antibiotikum utáni korszakban az antibiotikum-kezelés kényelmes széles spektrumú aktivitása azt jelentette, hogy a legtöbb szervezet fágterápiával kapcsolatos kutatását elhagyták. Azonban sok a volt szovjet nemzetek, ahol hiányzott a nyugati antibiotikumok, kutatás fág terápiák folytatódott szükségszerűség. Az antibiotikum-rezisztencia növekvő globális problémáival az elmúlt években újjáéledt a fágterápiás terület., Míg a fág képes fertőzni, illetve elpusztítani a baktériumokat, valamint sikeresen kezelésére életveszélyes infection13, a faj, sőt a törzs sajátossága, valamint a lehetősége a már meglévő mentesség egyes baktériumok értem célba fág kezelés jelenleg nem jelentéktelen folyamat, meg kell kialakítani, hogy az egyes fertőzés. Ez költségessé és hosszadalmasá teszi. Következésképpen ez jelenleg végső lehetőség, és még mindig sok munkára van szükség ezen a területen.,
a fág családfa
a nukleotidszekvenálás növekvő rendelkezésre állásával és megfizethetőségével robbanás történt az adatbázisokhoz az elmúlt két évtizedben benyújtott fággenomák számában14 .
Fág sorolják a Nemzetközi Bizottság a Taxonómia a Vírusok (ICTV), mint a 2017-es frissítés, vannak 19 családok fág, hogy megfertőzi a baktériumok, archaea képes boldogulni (1. Táblázat), de ahogy egyre több mintát távolabbi területek szekvenált ez valószínűleg csak növekedni a jövőben.,
mobil felhasználók számára görgessen balra és jobbra az alábbi táblázat adatainak megtekintéséhez.,
Table 1., A baktériumokat és archaeákat megfertőző bakteriofágok ICTV rendszertani osztályozása.