Bacteriophage (phage) er obligate intracellulære virus som spesielt infiserer bakterier. De ble oppdaget uavhengig av to forskere, Fredrik William Twort1 ved Universitetet i London i 1915, og Félix d’Herelle2 som bekreftet funn og innførte begrepet bacteriophage i 1917, og har vært mye studert siden.
Bacteriophage Struktur
Phage har en svært enkel struktur (Figur 1). Deres genetiske materiale er inneholdt i et prisme formet hode, omgitt av et protein capsid., Denne er koblet til den langstrakte skjede (noen ganger kalt tail) av en hals eller krage regionen.
slire danner et hult rør som viral DNA/RNA er injisert inn i verts-cellen og er omgitt av beskyttende hylsen proteiner. På bunnen av hylsen er bunnplaten som halen fibre (normalt seks) som legger til rette for tilknytning til verts-cellen er vedlagt.
Figur 1. Eksempel på oppbygging av en bacteriophage.
for å reprodusere, phage må du først angi vert celle., De binder seg til spesifikke reseptorer på bakteriell celleoverflaten med halen fibre (adsorpsjon) og lage et hull, en prosess som, sammen med vedlegg, er koordinert av base plate3. En stive rør er drevet ut av hylsen, har trengt gjennom et hull i den bakterielle cellemembranen gjennom som de injiserer deres genetiske materiale (DNA eller RNA, dobbel eller enkel strandet). De kan kapre verts-cellen er mobile maskiner for sin egen replikering hvis forholdene er ugunstige, i en prosess som kalles den lytiske syklus., Alternativt kan de gå inn i en sovende tilstand, kjent som lysogenic syklus, i verts-cellen hvis forholdene er gunstige.
Lytiske syklus
I lytiske syklus (Figur 2), noen ganger referert til som ondartet infeksjon, infeksjon phage til slutt drepe verten cellen til å produsere mange av sine egne avkom. Umiddelbart etter injeksjon i verts-cellen, phage genom syntetiserer tidlig proteiner som bryter ned vertens DNA, slik at det phage å ta kontroll over det mobile maskiner., Den phage deretter bruker verts-cellen til å syntetisere de resterende proteiner som kreves for å bygge nye phage partikler. Hoder og sheaths er montert separat, den nye genetisk materiale som er pakket inn i hodet og nye datter phage partikler bygget. Under denne prosessen vert celler gradvis blitt svekket av phage enzymer og til slutt brast, slipper i gjennomsnitt 100-200 nye phage avkom inn i det omkringliggende miljø.
Figur 2. Beskrivelse av stadier av bacteriophage lytiske syklus.
Se lytiske syklus i aksjon her.,
Lysogenic syklus
lysogenic syklus (Figur 3), noen ganger referert til som tempererte eller ikke-virulente infeksjon, ikke drepe verten celle, i stedet for å bruke det som et fristed hvor det eksisterer i en sovende tilstand. Etter injeksjon av phage DNA til verts-cellen, den integrerer seg til å være vert genom, med hjelp av phage-kodet integrases, hvor det er så kalt en prophage., Den prophage genom er så replikert passivt sammen med verten genom som vert celle deler for så lenge den er der, og ikke danne proteiner som kreves for å produsere avkom. Som phage genom er generelt relativt lite, bakterielle verter er normalt relativt uskadet av denne prosessen.
Figur 3. Beskrivelse av stadier av bacteriophage lysogenic syklus.,
Overgangen fra lysogenic å lytiske
Hvis en bakterie som inneholder prophage er utsatt for belastninger, som for eksempel UV-lys, lavt næringsinnhold forhold, eller kjemikalier som mitomycin C, prophage kan når som helst trekke seg fra verten genom og angi lytiske syklus i en prosess som kalles induksjon.
Denne prosessen, imidlertid, er ikke perfekt, og prophage kan noen ganger la deler av deres DNA bak eller ta deler av verten DNA med dem når de re-circularize., Hvis de da infisere en ny vert celle, de kan transportere bakterielle gener fra en stamme til en annen i en prosess som kalles transduksjon. Dette er en metode som antibiotika resistens gener, toksin og superantigen-koding gener og andre virulence trekk kan spre seg gjennom en bakteriell befolkningen.
Nyere forskning har vist at overgangen mellom lytiske og lysogenic infeksjon er også avhengig av den overflod av phage i et område som de er i stand til å produsere og følelse små peptider i en prosess som likner på tolv sensing4.,
Bakteriell immunitet mot phage infeksjon
Ikke alle bakterier er hjelpeløs mot phage angrep, og som har en «immunforsvar» som tillater dem å kjempe tilbake. CRISPR-Cas, som nå er synonymt med genmodifisering, ble først foreslått som en bakteriell «adaptive immunforsvaret» av Francisco Mojica5 og uavhengig av en gruppe fra Université Paris-Sud6 i 2005. Den CRISPR locus er en rekke korte repeterte sekvenser adskilt med avstandsstykker med unike sekvenser. Disse avstandsstykke for overflatemontering-sekvenser ble funnet homologi til viral og plasmider DNA, inkludert phage., Da de ble angrepet av en tidligere unencountered phage, nye boksene er lagt på den ene siden av CRISPR, noe som gjør CRISPR en kronologisk oversikt over phage cellen og dens forfedre har møtt. I respons til phage invasjon, CRISPR sekvenser er transkribert og, i samarbeid med Cas proteiner, mål og ødelegge den phage sekvenser som er homologe til avstandsstykker sekvenser.
Phage som genetisk og molekylærbiologisk verktøy
Lambda phage, opprinnelig isolert fra Escherichia coli, er en av de best studerte phage og dannet grunnlaget for mange genetiske verktøy., Det har også blitt sagt at bruk av phage som verktøy til slutt førte til utviklingen av molekylær biologi som en discipline7. I 1950 phage evne til å rekombinere med host DNA ble først utnyttet til å manipulere genomer av Salmonella arter og så prosessen med transduksjon var born8. Siden da har det vært brukt som et redskap for å flytte genetisk materiale mellom mange organismer, inkludert sopp-genet manipulations9 og til og med menneskelige gener. Det var takket være ydmyke phage at menneskelig insulin ble først trygt og billig produsert., Det har også åpnet opp programmer i høy gjennomstrømning screening av kloner, nanomaterial development10, antibakteriell behandling for matvarer, som et diagnostisk verktøy and drug discovery og levering systems11.
phage ϕX174 ble en uvitende pioneer i 1977 da det var den første organismen til å ha hele sin nukleotid-sekvensen bestemt takk til Fred Sanger og colleagues12.
Phage terapi
Før oppdagelsen av antibiotika av Alexander Fleming i 1928, phage ble undersøkt som en metode for behandling av bakterielle infeksjoner., I post-antibiotikum era, praktisk bredt spekter aktivitet av antibiotikabehandling innebar at i de fleste organisasjonens forskning på phage terapi ble forlatt. Men i mange av de tidligere Sovjet-land hvor det var en mangel på western antibiotika, forskning på phage terapi fortsatte gjennom nødvendighet. Med den økende globale problemer av antibiotika resistens, har det vært en oppblomstring i phage terapi feltet i de senere år., Mens phage er i stand til å infisere og ødelegge bakterier og har blitt brukt til å behandle livstruende infection13, sine arter og selv belastning spesifisitet og potensial for pre-eksisterende immunitet av noen bakterier mener rettet mot en phage behandling er i dag ikke en triviell prosess og må være tilpasset det enkelte infeksjon. Dette gjør det kostbart og tidkrevende. Derfor er det for tiden en siste utvei, og det er fortsatt mye arbeid som kreves på dette feltet.,
phage family tree
Med økt tilgjengelighet og kostnader av nukleotid-sekvensering, det har vært en eksplosjon i antall phage genomer sendt til databaser over de siste to decades14 .
Phage er klassifisert etter den Internasjonale Komiteen på Taksonomi av Virus (ICTV), som i sin 2017 oppdatering, det er 19 familier av phage som infiserer bakterier og archaea (Tabell 1), men som flere prøver fra mer fjerntliggende områder er sekvensert dette er bare sannsynlig å vokse i fremtiden.,
For mobile brukere, blar du til venstre eller høyre for å vise tabellen data nedenfor.,
Table 1., ICTV taksonomisk klassifisering av bacteriophage infiserer bakterier og archaea.